水利行業信息化現狀與發展概述

劉 輝 方國材

(1.水利部水利水電規劃設計總院，北京 100120；2.中水淮河規劃設計研究有限公司，安徽 蚌埠 230000)

1 前 言

水利行業信息化是利用新一代的信息技術和人工智能，將傳統的工程水利新生出現代水利新業態。根據工業4.0對于工業技術的四個階段(機械化、電氣化、信息化和智能化)的定義，結合水利行業的技術發展過程，將水利行業信息化發展概化為“自動化、信息化、數字化、智能化”四個階段。目前，我國水利行業處于信息化階段，隨著“十四五”水利行業信息化的發展，將實現更加透徹的感知、更全面的互聯互通、更科學的決策和更智能的管理。預計未來幾年，我國水利行業信息化將逐步進入數字化階段，到2035年，我國水利行業信息化將進入智能化階段。

2 發展歷程

我國水利行業信息化起步較晚，于20世紀70年代圍繞水位、流量等水情信息等方面開展建設，并對信息源進行處理。至90年代，隨著微型計算機和網絡平臺的發展，水利行業信息化開始向這兩個方面轉型，特別是在1998年特大洪水發生后，國家開始布局建設國家防汛抗旱指揮系統[1-2]。進入20世紀，隨著“以水利信息化帶動水利現代化”發展思路和“金水工程”的確立，水利行業信息化感知采集體系，網絡設施逐步完善，數據資源管理逐步加強，業務應用系統逐步深入，安全體系逐步健全，技術應用逐步擴展，行業管理逐步強化，形成水利行業信息化全面的發展升級[3-4]。至“十一五”末期，我國已初步形成包括基礎設施保障體系、業務應用保障體系及系統運行環境保障體系等多方面的水利行業信息化應用綜合體系。至“水利信息化發展十三五規劃”期間，已逐步形成信息技術與水利業務深度融合、水利模型與信息化技術相結合，水利網信水平逐步提高，水利行業信息化進入快速發展、快速變革階段[5]。“十四五”初期，我國水利行業信息化仍然處于“強基礎、補短板、上水平”階段。進入2021年，水利行業信息化已向數字化轉變，注重“四預”研究，加強以防洪調度、水資源管理為基礎，多業務相協調的“2+N”發展體系。

未來，水利行業信息化將繼續以需求為導向，以技術發展為引領，加強基礎設施體系建設、數據資源管理體系建設、應用支撐體系建設及“2+N”的智能業務應用體系建設，形成區域和流域協同推進、中央統籌推進的新局面。進而將促進水利網信提檔升級，水利數字化水平和重點領域智能化水平明顯提升，水利信息化進一步高質量發展。

3 關鍵因素分析

水利行業信息化的建設是多維驅動體現、多位發展的結果，縱觀整個水利行業信息化發展歷程，各階段都與政策支持、投資融資、企業進步、技術發展息息相關，同時,政府的政策制定、投資及技術發展也已成為水利行業信息化發展的關鍵因素。

3.1 政策因素

水利行業信息化發展是以市場為導向，以政策驅動為基礎，其發展的各個階段，都伴隨大的政策的調整。總結2010—2020年我國水利行業信息化的主要政策，每次政策的發布都伴隨著重點業務和重點領域的發展，能力、管理、服務全面提升。

2011年通過《中共中央 國務院關于加快水利改革發展的決定》的發布，促使我國基本建成防洪抗旱減災體系，目前已建成國家防汛抗旱指揮系統一期和二期，重點城市和防洪保護區防洪能力明顯提高，抗旱能力顯著增強。2012年發布的《全國水利信息化發展“十二五”規劃》，以水土保持為重點，形成各級數據采集、傳輸、共享交換及發布的數據貫通體系，提高了水土保持的信息化應用水平。2014年水利部制定了《水利部關于深化水利改革的指導意見》，指出在重要領域和關鍵環節，提升水利信息化的保障能力。2015年根據《全國水利信息化發展“十三五”規劃》要求深化技術與業務融合，積極探索科技創新，進一步推進信息互聯互通，最大程度發揮水利信息化資源效率。2019年通過《2019年水利網信工作要點》《智慧水利總體方案》《水利業務需求分析報告》發布，實現了水利行業信息化在信息資源、業務應用、新興技術及水利工程建設管理等方面的突破，推進了國家治水體系和治水能力現代化。2020年，水利部辦公廳印發的《2020年水利網信工作要點》中，明確提出大數據、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區塊鏈等技術與水利業務深度融合，并在水利工程建設和運維管理方面進行試點。

3.2 投資因素

根據水利部發布的《全國水利發展統計公報》有關數據，見表1，水利行業信息化投資及水利信息化占比都穩步提高，其中水利行業信息化投資方面，預計2025年較2016年投資額增長一倍有余，水利行業信息化占比也由1.6%增加到3.6%，水利行業信息化投資地位逐步提高，進一步說明信息化在水利工程建設中逐步被重視、認可。近期至2022年，我國將推進150余項重大水利工程建設，內容涉及防洪、水資源管理、灌溉節水和供水、水環境水生態及智慧水利平臺5類，預計總投資也將達到1.29萬億元。

表1 2016—2025年水利投資及水利行業信息化投資

隨著5G網絡普及，BIM、人工智能、大數據等技術的應用，結合“2+N”智慧水利的結構體系逐漸完善，以及安全體系和標準規范體系的建設，將繼續強化水利信息化水平，建設數字化平臺，規劃智能化應用。預計“十四五”期間，包括防洪調度、水資源管理、水工程建設運行、智慧水利、防汛抗旱、河湖管理、水土保持、行政執法、水環境水生態等在內的全國水利行業信息化領域的投資規模將超過1500億元。預計到“十四五”末，水利行業信息化投資將占水利工程總投資的5%。

3.3 技術因素

技術發展是推動水利行業信息化前進的關鍵因素之一，隨著各類業務的不斷融合，行業內大型企業的資金投入，水利行業信息化技術不斷提升。從大數據、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區塊鏈等技術的提出，到這些技術的融合、數字孿生、智慧使能體系建設，突出了技術的發展與提高，同時，技術也推動著企業規模的擴大和企業實力的提升。

水利行業信息化技術主要包括5G、物聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術。通過水利行業信息化技術的運用，水利場景數字化、模擬精準化、決策智慧化等能力的建設得到推進，具體涉及感知、傳輸、應用支撐和業務應用等內容。在監測感知方面，通過利用傳感、定位、視頻、遙感等技術，優化完善水利監測站網布局，強化在線監測、自動監測以及應急監測能力；在信息傳輸方面，通過提升通信和網絡新技術應用水平，強化水利網絡安全態勢感知和水利關鍵信息基礎設施的安全防護；在應用支撐方面，通過集成耦合水文、水力學、水資源、水工程、工程調度等專業模型及可視化模型，推進數字孿生流域模擬仿真能力建設，并提升聯機計算和數據實時處理分析能力；在業務應用方面，以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，積極探索構建水利數字孿生應用場景，推動構建 “2+N”智能業務應用體系，提升仿真、分析、預警、調度、決策和管理支撐能力。因此，水利行業信息化技術的發展，必將推動水利智能業務體系的建設，提高“四預”(預報、預警、預演、預案)和智能調度能力，推進我國水利行業信息化高質量發展，為我國水系治理體系和治理能力現代化提供有力支撐與強力驅動。

4 問題現狀和應對措施

4.1 問題現狀

我國水利行業信息化發展近年來突飛猛進，特別是“十三五”以后，已經在資源開發利用、數據交換共享、水利工程建設管理等方面取得了較大成效。但是在新政策、新需求、新技術的背景下，水利行業信息化建設還存在諸多不足，如缺乏必要的人才培養機制、區域發展不平衡、標準建設不統一及新技術不能及時、有效應用，這些方面需要進一步完善、提高。

4.2 應對措施

針對目前我國水利行業信息化存在的問題，實現水利行業信息化的進一步發展，建議從以下幾個方面著手：

a.加強人才隊伍建設，形成梯隊管理。針對目前水利行業信息化人才缺失問題，特別是基層單位，可從高校中選拔，以梯隊形式培養，以快速融入、以舊帶新的模式，使相關人員快速成長。

b.國家統一布局，以工程帶動區域。國家重視跨區域、跨流域的水利工程建設，形成以水利工程信息化建設帶動區域信息化建設，使多區域信息化水平同步提高。

c.標準規范頂層規劃，局部完善。針對目前信息化系統普遍存在的標準規范建設問題，國家應該出臺相應政策，制定統一標準，個別信息化系統根據實際建設需要局部完善，實現從上至下信息化系統建設的統一。

d.技術深度挖掘，業務充分融合。深度挖掘目前主流信息化技術與水利行業的關系，將新興技術充分應用到水利業務中，不斷提高水利行業信息化系統建設水平。

5 未來發展趨勢

目前水利行業信息化處于信息接收、處理、展示、分析，水利模型初步應用階段。預計到2025年，水利行業信息化將以“2+N”整體架構體系，在注重防洪調度、水資源管理的同時，關注河湖管理、水工程、水土保持、節水保護、智慧灌溉等業務，并與數字模型、水利模型、智慧使能深度融合，建立“預報、預警、預演、預案”的水利行業數字化平臺，提升基礎設施、信息資源、支撐組件及業務系統的應用水平。預計到2035年，將在信息化平臺的基礎上，進一步提升達到水利行業智能化應用目標，形成區域加流域綜合管理、流域與流域協同管理新理念，并在區域和流域間，形成業務多維融合，流域與流域間，形成聯合調度、聯合運行多位一體的新模式。

6 結 語

水利行業信息化整體是伴隨著信息化技術進步不斷發展的，在不同階段有著不同的需求和實現方式。其整體發展在感知、基礎設施、數據資源管理、應用支撐平臺、應用系統等模塊提升的基礎上，逐步進步。目前，水利行業信息化處在信息感知、數據匯集、共享、交換、資源利用及信息展示和分析階段，預計到2025年，將在信息化階段的基礎上，結合數字模型、水利模型、智慧使能的應用，逐步向數字化轉變。