基于美麗河湖智慧化管護的探索與分析

李柏慶，方睿騁，葉寒楚

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州 450045；2.浙江水利水電學院，浙江 杭州 310018；3.浙江省錢塘江流域中心河湖工程與治理部，浙江 杭州 310020)

1 研究背景

黨的十九大報告提出建設美麗中國，實現鄉村振興。《中共中央國務院關于加快推進生態文明建設的意見》明確提出了加強生態文明建設的要求，按照以人為本、放置結合、標本兼治、綜合施策的原則[1]，這十六字治水方針更是促進了生態各因素的共生。其中大花園建設是全面踐行習近平生態文明思想的浙江行動，是浙江省實現高質量發展和高品質生活有機結合的戰略之舉。自2018年以來，在各方共同努力下，浙江大花園建設取得了階段性成果，得到習近平總書記肯定[2-5]，2019、2020年美麗河湖建設均入選了浙江省十大民生工程，受到各界人士的廣泛關注。美麗河湖項目已經完成了3年的建設，全省共有3批次總計325條的美麗河湖通過了省市級專家的評審，分別為2018年30條、2019年146條以及2020年141條河流。

在全省數字化改革大會上，袁家軍書記突出強調數字化改革是“數字浙江”建設的新階段，是政府數字化轉型的一次拓展和升級，是浙江立足新發展階段、貫徹新發展理念、構建新發展格局的重大戰略舉措，是爭創社會主義現代化先行省、展示“重要窗口”的重大標志性成果。這些都為水利高質量發展邁上新臺階，指明了著力點和奮斗目標。為了這個奮斗目標，以及實現美麗河湖建設的高效及可持續性的發展，將數字化改革融入美麗河湖的管護之中。

本文主要統計分析了2018—2020年浙江省美麗河湖的智慧化管護發展深度，詳細介紹了其中涌現出的特色高效智慧管護系統，為推動美麗河湖智慧化平臺的建立提供了數據支撐及示范案例。

2 河道智慧化管護的主要內容

水利工程運行管理智慧化需要體制機制現代化的全力支持。著力破解制約水利工程智慧化運行管理建設的體制機制障礙，充分發揮市場機制作用，建立完善政府、企業、社會多元化投入機制，大力拓寬投融資渠道，積極探索創新水利工程管理和生產運營模式，不斷提高工程建設管理水平[6]。

對于河道智慧化管護的數字化建設主要分為數據感知、應用共享、科學決策三個方面，在建設的過程中需要更加廣泛地應用現代高新技術、高新設備，其中數據感知方面主要通過智能感知+數據采集+云平臺顯示+大數據；應用共享方面主要利用無人設備；科學決策方面為人工智能+智慧應用決策，增強數據互聯共享能力，進行科學預測預警。通過構建規范化的數據采集標準、處理標準、信息管理標準等標準體系，實現實時動態監測與全面互通共享，全方位提升河道數字化治理水平。

3 現階段智慧化管護分析

3.1 智慧化管護的統計分析

本文結合水利信息應用在數據感知、應用共享、科學決策三個方面的實際情況與薄弱環節進行統計分析。其中數據感知模塊主要為：巡河APP、視頻監控以及水位雨情水情等信息的監測等；應用共享模塊主要為：無人船、無人機等設備的使用等；科學決策模塊為：遠程操控實現調度運行，以及對異常情況實現決策輔助處理等。表1～表3根據驗收臺賬統計了2018—2020年間各地對于河道智慧化管護的建立情況，下表中分別用a代表巡河APP，b代表視頻監控，c代表水位雨情水情等信息的監測，d代表無人船、無人機等設備的使用，e代表遠程決策處理。如表1～表3 分別統計出2018—2020年間智慧管護的建立情況。

表1 2018年智慧管護建立情況統計

表2 2019年智慧管護建立情況統計

表3 2020年智慧管護建立情況統計

通過上述數據與圖1可知，在數據感知方面各河湖都有較為廣泛的建立，其中巡河APP的建立已經達到了全覆蓋的程度，其他數據感知方面的措施就處于不同階段，在視頻監控方面，已由2018年的46.67%逐步提升至2019年的67.12%再到2020的87.23%；在水位雨情水情等信息的監測方面，已由2018年的30%逐步提升至2019年的54.79%再到2020的81.56%。在無人機、無人船等高新設備的應用方面，從2019年初步使用率15.75%至2020年的19.15%。在遠程決策的輔助方面，從2019年的0.68%提升至2020年的7.1%。

圖1 近3年河湖智慧化管護情況

3.2 創新智慧化管護模式

通過上述分析，可以發現在數據感知方面，各河湖對于巡河APP的建立已經達到了全面覆蓋的程度，視頻監控方面和水位雨情水情等信息的監測已經基本實現普及的程度；在應用共享方面，已經處于發展階段；在科學決策方面，還僅僅是處于初步階段。以下分別列舉4個創新智慧管護模式。

(1)杭州市西湖區文新片區為實現緩解城市內澇、改善內河水環境這兩個難題，對區域內重點水體的水質、水文以及排水設施運行進行全面感知和動態監控，進一步促進“基礎設施智能化”、“數據采集自動化”、“監管養護高效化”、“城市管理精細化”、“指揮調度科學化”智慧治水格局的形成。充分利用新增和存儲視頻在管護中的作用，可以實現對河道的實時監控，并在后臺建立算法判斷岸邊垃圾堆放和河面漂浮物的識別，以達到垃圾的及時清理和保潔的效果。并在港口試點投放河道垃圾自動清掃機，對于河道水面的漂浮物、落葉等懸浮垃圾，以及清掃機的垃圾滿載提醒，在更換電池的條件下自動清掃機可連續工作20小時以上，每日的垃圾清掃范圍可以達到10萬平方米以上。在清掃船上配備著視頻回傳和警示作用的遠程喊話功能。對于自動清掃機的作業路徑規劃和清掃工作的啟停都可以在APP上進行，如圖2～圖3。

圖2 警示與遠程喊話

圖3 河道垃圾自動清掃機

(2)寧波市國家高新區中沿山干河美麗河湖的建設就利用了其地理位置上的優勢，聯合高新園區內的一些科技企業，在寧波市率先啟用智能無人船和無人機相配合的水空一體化巡查，實現巡查全覆蓋，在科技的幫助下可以有效地提高問題的發現和解決能力，使得“水利強監管”可以落實到實際中。

(3)杭州市拱墅區2020年計劃打造拱墅區智慧治水2.0版本五平臺合一工程，分別為拱墅區地下管網與智慧平臺、拱墅區水下清淤檢測平臺、紅旗河片區水下三維BIM平臺、拱墅區“城市眼云公治平臺”、拱墅區閘泵站遠程操控平臺。智慧河湖基本建成并有序運行。通過現場調研，部分管理用房損壞需修繕，標識標牌設置較少。

(4)麗水市的小溪和鶴溪河為了避免村民隨意把垃圾投入河道、禽類亂散養于河道，外來人員電魚等事件的發生及維護河道整治成效，該村開啟智慧河道管理模式，通過監控安裝、智能手機對聯，對河道進行24 h動態管理如圖4。有力地推動了楊綠湖古村落村五水共治(河長制)工作。大均鄉圍繞全市生態產品價值實現機制試點，通過創新建設，推進全市首個智慧生態治理平臺，積極搭建智慧生態監控，完成智慧生態監控體系建設，實現域內空氣、水質、森林火災、水域治理等平臺管控。

圖4 智慧河道監測管理指揮中心

根據上面四個具體的河湖管護模式可以看出，目前智慧平臺與河湖管護相結合有以下三個具體措施：①利用視頻監控系統對河湖面及周圍環境進行實時監控，可以對區域內的水體和水質情況做到及時準確的掌控；②使用先進的設備或跟所在地區的高新園區合作，利用無人機或無人船等設備對于河湖面的漂浮物及垃圾進行清理，并在后臺對于垃圾的推進用算法計算，可以及時地了解何時何地出現了垃圾堆積的情況；③用智慧平臺的新興技術對于傳統的管護方式進行完善和輔助，兩者起到相輔相成的作用。

4 管護方式變化的總結與啟示

保護河道水資源和水中的生物多樣性、維護生態安全是新時期河湖建設以及水務工作者的重要職責。在加強河湖管護的過程中，沒有一個固定的完美的且適用于所有河湖的管護方式，都需要根據河湖所處地區、文化以及需要解決的主要問題等實際情況而定，不斷更新和完善對應的管護制度。當下科技處于飛速發展的階段，無人機和無人船技術越發成熟，可以把垃圾自動清掃裝置、遠程喊話系統以及智能預測、智能決策等系統應用于河湖的管護工作中，能有效地提高河湖管護工作的智能化、現代化、科技化的水平，也降低了河道管護人員的工作強度，處理一些存在或潛在的安全隱患更加及時高效，推動河湖管護工作的整體水平提高具有十分重要的意義，同時可以造福于民為人民打造良好的河湖環境，對于經濟社會的發展起到促進性的作用。