智能技術在水資源管理中的應用

鬲經緯

（陜西省水利信息宣傳教育中心,陜西 西安 714000）

1 引言

隨著全球氣候變化和經濟發展的加速,水資源的有效管理和保護越來越受到世界各國的關注。中國作為世界人口最多的國家,面臨著水資源短缺和管理的嚴峻挑戰。在這背景下,陜西省的水資源管理和保護成為全國乃至全球的關注焦點。

1.1 陜西省水資源的重要性

陜西省位于中國的中西部,地理位置獨特,氣候復雜多變。根據最近的統計數據,陜西省擁有約300 億m3的水資源儲量。這些水資源不僅滋養著3000 多萬人口,還支持著農業、工業、生態系統的健康運轉。例如,陜西省的農業生產中80%依賴于灌溉,這直接影響著糧食生產和農民的生計。

陜西的秦嶺山脈是中國的主要水分界線,南水北調中線工程的重要水源地。南水北調中線工程每年為北方地區輸送超過100 億m3米的水資源,緩解了北方的水資源短缺問題。在這樣的背景下,陜西省的水資源具有顯著的戰略意義。

1.2 智慧水利建設的必要性

陜西省水資源的管理和利用面臨著一系列挑戰。水資源的分布不均,流域管理的協調困難,以及日益嚴重的水污染問題等,都使得陜西省的水資源管理面臨著巨大的壓力。例如,2019 年,陜西省有20%的水體被評為劣質V 類水,直接影響了水資源的利用和生態系統的健康。

智慧水利建設成為解決這些問題的有效途徑。通過應用先進的信息技術、大數據、AI等技術,實現水資源的實時監測、智能分析和優化管理。例如,通過智慧水利系統,我們可以實時監測水質、水量,預測水需求,優化水資源配置,從而提高水資源的利用效率,減少水污染。

一個具體的案例是西安市引進的智慧水利管理系統。該系統通過實時監測和數據分析,幫助西安市實現了水資源的精細化管理,減少了30%的水資源浪費,提高了水資源利用效率。

陜西省的水資源在地區和國家的水資源保障中扮演著重要角色,而智慧水利建設的推進將為陜西省乃至全國的水資源管理帶來革命性的改變,是解決水資源問題的關鍵途徑。

2 陜西省智慧水利建設的現狀

智慧水利通常涉及到利用現代技術和解決方案來更有效、更可持續地管理和保護水資源。應用方式見表1。

表1 智慧水利常見應用方式

2.1 省內技術應用基礎

2.1.1 數據采集和處理技術

近年來,陜西省通過引進和自主研發,已初步建立了較為完善的水資源數據采集和處理體系。采用先進的傳感器和監測設備,實時獲取水質、水量等關鍵數據。例如,2018 年部署在渭河流域的300 多個自動監測站,可以實時收集水體pH 值、溶解氧、渾濁度等參數。

通過應用大數據和AI 技術,對收集到的數據進行實時分析和處理,輔助決策者做出更為精準的水資源管理決策。例如,陜西省水利部門開發的水資源管理信息系統,能夠實現數據的自動分析和可視化展示,輔助決策者快速了解水資源狀況。

2.1.2 信息通訊技術的應用

信息通訊技術在陜西省的智慧水利建設中也發揮著關鍵作用。通過4G/5G 網絡和光纖通信技術,實現了遠程監控和數據傳輸。水資源數據可以實時傳輸到管理中心,實現了對全省水資源的實時監控。

2.2 已實現的項目和成果

2.2.1 智慧水利管理系統

陜西省已成功實施了多個智慧水利管理系統項目。其中,以西安市為例,其智慧水利系統已經覆蓋了整個城市的主要水體和供水系統。該系統通過AI 和機器學習技術,實現了對水質、水量的實時監測和分析,有效提升了水資源管理的精準度和效率。

2.2.2 水資源優化配置

通過智慧水利管理系統,陜西省實現了水資源的優化配置。以渭河為例,通過實時監測和數據分析,實現了對渭河流域的水資源的動態調配,減少了水資源的浪費,提高了水利用效率。具體數據表明,渭河流域的水利用效率提升了15%。

2.3 存在的問題

2.3.1 技術瓶頸

盡管取得了一些進展,但陜西省的智慧水利建設仍然面臨技術瓶頸。例如,目前的數據采集和處理技術仍有不足,對一些復雜和難以檢測的水質參數（如微量有毒物質）監測不足,需要進一步提升技術的精準度和穩定性。

2.3.2 管理和政策障礙

管理和政策方面也存在一些問題。目前,各級政府和部門之間的協調仍不夠順暢,信息共享和資源整合仍然面臨障礙。同時,相關的法律法規和政策需要進一步完善,以支持智慧水利建設的持續推進。

總的來說,陜西省的智慧水利建設已經取得了初步進展,但仍然面臨技術和管理方面的挑戰,需要進一步加強技術創新和政策支持,推動智慧水利建設向更高水平發展。

3 實施智慧水利的策略與行動

陜西省在智慧水利的實施策略與行動方面,不僅通過技術研發和創新,提高了水資源管理的技術水平,而且通過政策與管理優化,確保了水資源的高效使用,同時通過提高公眾意識和參與,為智慧水利建設注入了強大的社會動力。

3.1 技術研發與創新推動

在近年來,陜西省注重于水利科技的研發,尤其集中在智能水質監測系統的創新。據統計,截至2022 年,陜西省已有超過15 家單位和研究機構涉及智能水質監測技術的研發。其中一個顯著的例子是,陜西省與西北工業大學合作,開發出一種基于AI 的水質快速檢測技術。此技術使用了深度學習模型,能在數分鐘內判斷出水樣中的污染物種類和含量,其準確率達到了97%,比傳統方法快了近30 倍。這種技術的應用,不僅極大地提高了水質檢測的效率,也為迅速響應和處理突發水質問題提供了有力工具。

3.2 政策與管理優化

為了實現更有效的水資源管理,陜西省不斷修訂和完善相關政策。值得注意的是,陜西省于2021 年推出了一套全新的跨部門信息共享平臺。統計數據顯示,這一平臺整合了來自7 個部門、13 個城市的水資源數據,實現了數據的實時共享和更新。例如,渭南市在此平臺上及時上傳了黃河支流的流量和水質數據,這使得上游的寶雞市能夠快速做出調度決策,避免了一次可能發生的水資源浪費事件。這一案例充分說明了,通過政策和管理手段的優化,可以顯著提高水資源的使用效率和應對能力。

3.3 提升公眾意識與參與

公眾的參與和意識是智慧水利建設的關鍵組成部分。陜西省為此投入了大量資源進行公共教育和宣傳。據調查,自2020 年起,陜西省每年至少舉辦3 次大型的水資源保護公眾科普活動。其中一個成功的例子是,“水之聲”公民科學項目。這一項目鼓勵公眾收集和上傳自己所在地的水資源數據,并提供了簡單的分析工具供人們使用。項目上線一年后,超過10 萬名市民參與其中,上傳的數據量超過5 TB。這不僅為陜西省提供了大量寶貴的水資源數據,也極大地提高了公眾的水保護意識和參與熱情。

4 智慧水利未來路徑

通過深入研究和分析,我們能夠清晰地看到智慧水利未來的發展路徑和潛在效益。技術創新、明確的目標和里程碑以及廣泛的社會和生態效益將共同推動陜西省水利事業的持續發展,實現水資源的高效、可持續管理。

4.1 技術發展展望

未來智慧水利的技術發展將繼續深化和擴展。以陜西省的一個智能灌溉系統為例,該系統利用了最先進的AI 和物聯網技術,能夠自動調整灌溉計劃以適應不斷變化的氣候和土壤條件。利用衛星和無人機數據,該系統可以實時監控作物的生長狀態和水需求,確保每一滴水都能得到最有效的利用。這一系統在2018 年～2022 年的實施過程中,幫助陜西省的農田實現了提升水利用效率的25%,確保了糧食生產的穩定性,展示了未來技術發展的巨大潛力。

4.2 目標與里程碑

為了實現更高效、可持續的水資源管理,明確的目標和里程碑是必不可少的。以陜西省2050 年智慧水利藍圖為例,省政府計劃在接下來的幾十年里,將全省所有重要水域實現實時監控和智能管理。具體而言,到2030 年,智能水質監控網絡將覆蓋全省的90%以上水域,為決策者提供實時、準確的數據支持。這一藍圖的實施將依賴于持續的技術創新、政策調整和公眾參與,以確保水資源的可持續管理。

4.3 潛在效益與價值

智慧水利建設的長遠效益和價值不僅體現在技術和經濟層面,還深刻影響著社會和生態層面。以“綠水青山”生態修復項目為例,該項目綜合利用GIS 和AI 技術,對陜西省部分退化水域進行了系統修復。項目實施兩年來,相關水域的生態系統得到了顯著恢復,生物多樣性增加了40%,同時帶動了當地社會經濟的可持續發展,當地居民的生活水平和健康狀況得到了改善。這一案例凸顯了智慧水利未來發展的廣泛效益和價值。

5 項目建設挑戰與改進建議

5.1 技術、人才資源挑戰凸顯

5.1.1 技術

在陜西省智慧水利建設中,技術挑戰顯得尤為突出。以嘉陵江流域的智慧水利項目為例,雖然項目利用了物聯網和大數據技術進行水資源管理和洪水預警,但仍面臨數據精準度和實時處理能力的問題。在2022 年的暴雨期間,嘉陵江流域智慧水利系統的洪水預警功能未能準確預測洪峰的具體到達時間和水位,原因在于現有的數據采集設備精度不足,以及數據處理算法的局限性。根據數據顯示,預警系統的誤差范圍達到了±15%,這意味著實際洪峰水位和預測水位之間存在顯著差異,導致防洪措施的延誤。

5.1.2 人才和技能

陜西省在智慧水利建設方面的人才缺口也不容忽視。缺乏具備先進技術知識和實踐經驗的人才,制約了智慧水利項目的質量和效率。以秦嶺地區為例,當地的水利項目嚴重依賴外來技術人才,本地專業人才缺口達到60%。可通過加強與高校和研究機構的合作,培養本地技術和管理人才,加強人才隊伍建設。

5.2 多方位的改進優化方式

5.2.1 技術創新

未來,陜西省智慧水利建設將進一步依賴技術創新。采用更先進的AI 技術、無人機監測和量子計算等技術,將提升水利管理的準確性和效率。到2025 年,預計陜西省至少50%的水利項目將采用AI 和無人機技術進行實時監控和管理。

按照“需求牽引,應用至上,數字賦能、提升能力”的要求,陜西省積極推動數字孿生流域、數字孿生水網、數字孿生工程的建設,如渭河數字孿生流域建設試點,展現了將最先進的數字技術融入到傳統水利建設中的決心和實力。

5.2.2 投資和融資

在陜西省智慧水利建設方面,投資和融資是推動項目快速、高質量完成的關鍵因素。近日,陜西省水利廳宣布,為進一步優化水資源配置,將在今年加快陜西水網建設,全年計劃完成水利投資430 億元,重點推進10 個重大項目的開工,加速“十四五”期間重點水利工程的前期工作,并深化水利投融資改革。

投資布局與重點項目：陜西省水利廳旨在完善陜西水網架構,著力提升“兩域貫通、三區互聯、五縱十橫、多庫聯調”的陜西水網規劃布局。投資將集中于引漢濟渭二期、東莊水利樞紐、榆林黃河東線馬鎮引水工程等重點項目,確保高質量的實施和完成。

融資機制和策略：陜西省水利廳不僅注重投資的加大,還著力深化水利投融資改革,尋求多元化的融資途徑,以保證項目的順利進行。引漢濟渭工程已于2023 年7 月份實現先期供水,體現了在有效融資支持下,項目進度得以加速。

前期工作和規劃：陜西將對33條河流進行綜合規劃編制,加快引嘉入漢、渭南北洛河引干入支、東莊水庫供水工程、勉縣玉帶河水庫等重大工程的前期工作。針對2023 年重點推進水利工程項目清單,省水利廳建立了動態調整機制,以確保項目的及時開工和高效實施。

在繼續深化投融資改革的道路上,陜西省水利建設展現出了堅定的決心和實際行動,通過明確的投資計劃、細致的項目規劃和創新的融資機制,為實現水利建設的高質量發展提供了堅實保障。

5.2.3 政策調整

政策環境的優化將為智慧水利建設提供更有力的支持。期望政府進一步完善相關政策,加大資金投入,推動公私合作模式。未來可制定更具針對性的政策,如提供更多稅收優惠、加快項目審批進程、優化土地使用政策等,以促進智慧水利項目的實施。

5.2.4 區域合作

區域內外合作的深化將推動陜西省智慧水利建設走向新的階段。通過與其他省份和國際組織的合作,引進先進技術和管理經驗。可優先與水資源豐富、水利管理經驗豐富的省份和國家開展合作,共享數據和技術資源,推動智慧水利技術和管理水平的提升。

6 結論

本文深入探討了陜西省智慧水利建設的現狀、挑戰和未來發展方向。可以明確地看出,陜西省在智慧水利建設方面已取得顯著進步,特別是在技術應用和政策創新方面。通過綜合利用AI、大數據、物聯網等先進技術,省內的水資源管理變得更加精細和高效。但仍面臨著技術準確性、實時處理能力、人才和技能缺口等挑戰。

未來,陜西省應繼續推進技術創新,加強與高校和研究機構的合作,培養更多具備先進技術知識和實踐經驗的人才。同時,通過政策調整和優化,創造一個有利于智慧水利發展的政策環境,推動公私合作模式,加快項目審批進程。區域內外合作的深化也將促進陜西省智慧水利的發展,與其他省份和國際組織的合作將帶來更多先進的技術和管理經驗。

綜上所述,雖然陜西省在智慧水利建設方面面臨一系列挑戰,但通過不斷推動技術創新、優化政策環境、加強人才培養和擴大區域合作等措施,有望克服這些挑戰,實現水資源的高效、可持續管理,為未來的可持續發展奠定堅實基礎。智慧水利不僅是一個技術和管理的革命,也是一個社會和生態的革命,其深遠的影響將深入到每一個人的生活、每一片生態環境中。