數字化技術在水資源管理中的應用

葉曉劼

（浙江省錢塘江流域中心，浙江杭州 310000）

0 引言

水資源具有時空分布不均的特征，再加之人們過去未意識到科學用水的重要性，對各地的水資源進行了長期的不合理開發，使得水資源污染較為嚴重，許多地區的水資源面臨枯竭的問題，也讓各部門用水矛盾變得更為緊張。若想將以上問題有效解決，就必須研究新式、合理的水資源管理方法，讓水資源獲得更為可靠的使用。因為傳統管理方式無法滿足以上需求，因此可嘗試對水資源實施數字化管理，而這同時也是當前水資源領域中的一個重要研究課題。

1 水資源領域主要運用的數字化信息技術

1.1 RS 技術

RS 技術是一種遙感技術，也屬于數字化技術范疇，一般運用于旱情監察、水質評估、洪澇防控等多個方面。RS 技術能夠讓水資源管理效果遠超人工模式，因此，也在水資源領域獲得了廣泛的運用。RS 技術采集到的信息數據相對較多，還能做到對信息的合理分類與整理。在開展水資源研究工作期間，可適當運用RS 技術，不過不得太過依賴此項技術。在實際工作中，可采取將RS 技術與勘測技術聯合的方式，通過人工補足RS 技術的短板，此種優缺點互補的方式，能夠給水資源的研究、管理、保護工作提供更為詳細、完整的數據資源支持[1]。

1.2 GIS 技術

GIS 地理信息體系是在電腦軟硬件的大力支持下，創建形成的空間式信息機制，主要是利用GIS 技術對地球表層地理分布狀況進行全方位的觀測，再把采集獲取的信息資源加以運算、整理、分析。將GIS 技術運用到水資源管理工作之中，能讓相關管理系統更加完善，還能提供更加高效的水資源數據查詢服務功能，再結合網絡技術實時觀察降水與洪峰流量和水資源相關的要素，為防洪抗災工作的順利開展提供重要依據。

1.3 GPS 技術

此技術具有精確度高、自動化水平高的特征，也是全球衛星定位中的一種系統，因此，在水資源管理工作中得到了廣泛的使用。將GPS 技術靈活運用到水資源行業，有利于水利信息空間位置的獲取與精準定位，還可精準測量出地形、地貌等信息。目前，此技術一般運用于水下地形測量、防汛抗災方面，能夠為確定災害事故發生的具體位置、進行災后救援工作提供一定支持。

2 數字化技術在水資源管理中的應用

2.1 數字化監管系統建設與應用

2.1.1 系統關鍵技術與建構原則

在目前的發展形勢下，水利行政主管部門利用數字化技術建立具備動態檢測、遠程監管功能的水資源監管系統，以此提高水資源管理工作的自動化、智能化程度。在遠程監管系統的規劃、建立過程中，需要聯合應用傳感器、自動化控制、計算機、視頻通信、數字網絡技術等，創建具有多元化功能、可靠性能的管理系統，從源頭上變更傳統管理方式，提升水資源管理工作的質量和效率[2]。

利用以上新式技術，構建水資源監管系統時還應當遵從有關原則。例如，基于數字化技術的遠程監控系統應具有較強的實用性。在進行系統規劃設計時，應當結合已有的網絡、計算機、技術資源、水資源管理狀況以及發展需要，因地制宜地對各大平臺已建成的系統進行融合，研發出能充分滿足目前水資源管理要求的數字化、遠程化監管系統，保證系統具有較強的實用價值。此外，所建設的水資源監管系統還必須滿足統一性、系統性標準。在進行系統規劃設計和創建的過程中，應當將數據接口定義和傳輸格式做到標準化，保證系統可以適應多類場合、場景。

2.1.2 數字化監測系統架構

利用數字化技術創建水資源監管系統的過程中，應當按照管轄范圍內的水資源現況選擇合適的系統架構，合理建設系統框架。例如，在遠程監管系統中一定要涵蓋引水狀態監管、視頻監控、閘門遠程操控系統等。而且，監管系統內也要包括遠程監督控制元件、視頻控制元件和服務器、計算機廣域網運行軟件等工具，要確保最終建立的遠程監管系統具有完善的遠程監督、控制和檢測功能。

2.1.3 數字化系統功能及應用

服務于水資源管理工作的數字源遠程監管系統應當具備水位監督測量功能。在對系統進行規劃設計和實際使用時，應當在系統內引入超聲波水位傳感裝置，利用此裝置監督水位在各時期的狀況，讓管理人員能夠及時獲取水位數據。另外，系統還需具有視頻監控功能。有關單位部門與工作人員應當結合實際需求，從系統內引進視頻監視裝置，安裝高清彩色攝像頭、控制編譯解碼器、網絡通信設備、云臺等，讓系統可以全天候監測水資源變化狀況，采集水資源變化信息，同時接收有關操控、管控指令，以此實現系統對水資源的動態、實時性管控[3]。

2.2 數字化工作體系建設與應用

2.2.1 建設數字化管理體系

在水資源管理工作中引入數字化技術，要求管理部門先明確水資源保護目的、工作內容、指標規定、重難點等，還要規劃好水資源保護工作的實施流程。在完成以上工作的基礎上，再開展數字化設計鞏固工作。應當按照實際要求創建水資源數據庫，同時對流域中的通信網絡進行優化，再有序創建出一個以流域為核心的智能、自動、數字化水資源保護管理體系。利用數字化技術創建水資源管理機制，促進相關管理工作的高效落實，應當合理運用現代通信技術、計算機技術、物聯網技術等，提升水資源管理的信息化程度，帶動水資源管理工作朝著更為先進的方向邁進。

2.2.2 建設數字化水資源管理機制

不同流域中的水資源管理單位并非為統一的管理實體，是由我國水利部門、生態環境部、當地政府等一同組建的，是綜合性強、復雜程度高的職能組織。在信息時代下，每一流域的管理單位都應當積極引進數字化技術，將此技術的功能、作用更充分地發揮出來，以此實現對水資源管理體系的改進，創建以流域中全體水利行政主管部門為核心的網絡信息化管理機制。為了將水資源管理工作更為高效地落實，以數字化技術應用為基礎的水資源管理機制需要包括作業支持層，主要是由技術人員負責操作，在此方面創建數字化信息自動收集系統，再用此系統輔助每位技術人員更加高效地進行數據收集、水位測量、水環境監管等各方面工作[4]。另外，還要用到輔助管理工作實施決策的支持系統（如MIS）、用來支撐管理機制單元自動化決策的信息系統（如神經網絡等）。

2.3 開發GIS 模塊

GIS 地理信息系統是通過對電腦軟件的應用構建空間型信息體系，在利用GIS 技術的基礎上，可以對地球表層的地理分布狀況進行實時、全面的觀測，再把收集到的信息加以計算、整合、存儲。系統中包含的各類終端GIS 模塊具備可視化呈現、檢索定位、分析評估等多項功能，由此就能為不同客戶端提供個性化服務。例如，百度地圖所提供的基礎電子地圖就具備GIS 功能，地圖的API 與水資源管理工作要求相結合，實現GIS 功能的規劃設計，創建WebGIS 和移動手機軟件模塊的GIS 功能。另外，還能根據水資源管理需求提供相應的增值服務，創建本地數據管理庫。如查找本地數據庫內的取水戶、排污口、水質監測斷面、涉水系統等業務信息，再聯合百度的空間圖層，構成一個特殊性的GIS 增值服務體系。以NASA World Wind 開源代碼為基礎構建的三維數字地球體系，具備更加完善的信息共享功能，確保信息傳輸具有更強的及時性、更強的拓展性，能應用于更多的平臺，減少了系統開發的成本，同時還能節省基礎地理信息、遙感信息更新方面的成本。

2.4 水資源管理信息化水質與旱情監測系統

對于水資源管理系統之中的農業灌溉、旱情監測等功能，可直接在灌溉區域設置一個監測斷面，基于對斷面的精準檢測，能夠顯著提升灌溉區域水質監測工作的準確性和時效性。如果發現水資源中存在污染物質，就要利用數字化水資源技術，模擬污染物質擴散的具體路徑，從而預估污染物的擴散范圍，全方位提升污染物處理水平和水資源保護效果。此系統還能根據降雨條件、土壤狀態、氣候因素等相關信息實現旱情的準確預測。在旱情監測工作中引入數字化技術，能夠更加精準地掌握水資源管轄范圍的實際情況，從而明確目標區域是否存在旱情，還可利用GPS 系統對出現旱情的區域加以鎖定[5]。

3 數字化技術在水資源管理中的應用成效

錢塘江屬于浙江省的第一大河流，橫跨了浙江、安徽、江西、福建、上海5 個省、直轄市，流域面積達55558km2，而其中有86.5%分布在浙江省內，占據整個浙江省總面積的47.2%。為了能對錢塘江河口水資源進行科學合理的開發與利用，保障錢塘江河口生態環境的平衡，帶動環杭州灣區域經濟事業的持續穩定發展，基于省委、省政府要求，省水利廳聯合相關部門自2002 年11 月份開始，組織實施有關調研以及水資源規劃利用工作。將數字化技術運用到錢塘江河口水資源管理工作中，歷經數年的使用之后，總體看來成果斐然，水資源的配置工作更加科學合理，而且農業方面的用水成本大幅減少，生態環境問題得到了持續性改進，帶來了較大的社會、經濟以及生態方面的效益。

3.1 社會效益

超聲波水表的使用讓用水客戶更加清楚明白地了解水的應用情況，以此達成了少用水、少花費、減少用水成本的目標；農業用水協會按照農作物的生長特征合理規劃用水方案，減少總體用水量，提高了用水事務的公開透明性，避免了水事糾紛的出現，提升了基層村社組織的公信力，減少了村社管理人員的工作壓力和工作實施難度，也為當地高效用水、高度節水、農戶增收奠定了堅實的水利基礎，更有利于推動社會主義新農村建設工作的良好實施。

3.2 經濟效益

將河口地區機井完成數字化改造以后，開展水量統計、自動調控、分級分層管控工作，用水客戶的計量管理工作得到了更有效的優化，提高了農業用水協會的自主管控水平，同時也要投入更多精力參加河口地區的用水管理工作，以此緩解水資源浪費的問題。隨著農業種植規模的持續擴大，河口地區針對當地農作物種植情況展開了詳細的調查，當地集中種植低耗水、高收益作物的比例呈現每年增加的趨勢，降低了用水量，提高了水資源的利用率。河口地區從原本的大水漫灌、管灌逐漸改變成滴灌，有效減少了對地下水的開發使用，更減少了灌水耗時、人工資源的投入以及工作量，提升了農作物的總產量，帶來了更高的經濟收益。

3.3 生態效益

伴隨水資源利用效率的不斷提升，農業生態環境水平也獲得了顯著的優化，新型農田生態系統正慢慢形成，發揮出了調節氣候、緩和風速、改良空氣質量、減少干熱風、美化自然環境、保障生物多樣性等多方面的生態防護功能，提升了抵抗自然災害的能力，也為農業領域的穩產增收提供了良好條件。

4 結語

把數字化技術運用到水資源管理之中，可以顯著提升水資源管理質量，還可加強對水資源的科學開發和高效利用。伴隨數字化技術的日益成熟，其未來必定會在水資源管理中起到更重要的作用，為水資源管理中的信息采集、日常管控、合理決策等提供更優質的服務，由此創建形成更加健全的水資源決策支持體系，推動水資源管理能力的持續提升。