在全球氣候變化與城市化快速推進(jìn)的雙重背景下,水資源短缺、洪澇災(zāi)害等問(wèn)題日益嚴(yán)峻,傳統(tǒng)水利管理模式已難以滿足現(xiàn)代社會(huì)需求。智慧水利系統(tǒng)依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,為水利行業(yè)帶來(lái)了全新的變革。?
一、智慧水利系統(tǒng)的核心應(yīng)用場(chǎng)景?
(一)防洪減災(zāi)?
防洪減災(zāi)是水利工作的重中之重。智慧水利系統(tǒng)通過(guò)在河流、水庫(kù)、堤壩等關(guān)鍵位置部署大量傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位、流量、流速、降雨量等數(shù)據(jù)。例如,在長(zhǎng)江流域,智能水位傳感器每 10 分鐘上傳一次水位數(shù)據(jù),結(jié)合氣象部門的降雨預(yù)報(bào),利用大數(shù)據(jù)分析模型和人工智能算法,能夠提前 72 小時(shí)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)洪水的發(fā)生時(shí)間、淹沒(méi)范圍和洪峰流量。當(dāng)監(jiān)測(cè)到水位超過(guò)警戒值時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)向相關(guān)部門和受影響區(qū)域的居民發(fā)出預(yù)警,同時(shí)聯(lián)動(dòng)水利工程設(shè)施,遠(yuǎn)程控制閘門啟閉,科學(xué)調(diào)度洪水,有效降低洪水災(zāi)害損失。?
(二)水資源管理?
水資源的合理配置與高效利用關(guān)乎國(guó)計(jì)民生。智慧水利系統(tǒng)整合流域內(nèi)的水資源數(shù)據(jù),包括地表水、地下水的儲(chǔ)量、水質(zhì)以及用水需求等信息。通過(guò)構(gòu)建水資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)管。以華北地區(qū)為例,系統(tǒng)通過(guò)分析農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等不同領(lǐng)域的用水?dāng)?shù)據(jù),結(jié)合區(qū)域水資源承載能力,制定科學(xué)的用水計(jì)劃,對(duì)高耗水企業(yè)進(jìn)行用水定額管理,推廣節(jié)水灌溉技術(shù),實(shí)現(xiàn)水資源的精細(xì)化管理和可持續(xù)利用。?
(三)水環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理?
隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量要求的提高,水環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理成為水利工作的重要內(nèi)容。智慧水利系統(tǒng)利用衛(wèi)星遙感、無(wú)人機(jī)巡查、水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器等技術(shù)手段,構(gòu)建全方位、立體化的水環(huán)境監(jiān)測(cè)體系。在太湖流域,衛(wèi)星遙感技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)湖面藍(lán)藻水華的分布范圍和擴(kuò)散趨勢(shì),無(wú)人機(jī)搭載的高清攝像頭能夠?qū)拥姥匕杜盼劭谶M(jìn)行精準(zhǔn)定位,水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器則實(shí)時(shí)檢測(cè)水中的酸堿度、溶解氧、化學(xué)需氧量等指標(biāo)。一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常,系統(tǒng)自動(dòng)分析污染源,并聯(lián)動(dòng)環(huán)保、水務(wù)等部門開(kāi)展治理工作,及時(shí)遏制水環(huán)境惡化趨勢(shì)。?
(四)水利工程管理?
水利工程是保障水利事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施。智慧水利系統(tǒng)為水利工程裝上 “智慧大腦”,通過(guò)在大壩、泵站、水閘等工程設(shè)施上安裝智能監(jiān)測(cè)設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)安全、運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。例如,在三峽大壩,智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集大壩的變形、滲流、應(yīng)力等數(shù)據(jù),利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,并制定針對(duì)性的維護(hù)方案。同時(shí),系統(tǒng)還能優(yōu)化水利工程的調(diào)度運(yùn)行,根據(jù)水資源需求和工程運(yùn)行狀況,自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù),提高工程運(yùn)行效率和安全性。?
二、智慧水利系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)與原理?
智慧水利系統(tǒng)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層構(gòu)成。感知層是系統(tǒng)的 “眼睛” 和 “耳朵”,包括各類傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備、智能終端等,負(fù)責(zé)采集水利相關(guān)的物理信息;網(wǎng)絡(luò)層利用 5G、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信等技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸;平臺(tái)層是系統(tǒng)的核心,通過(guò)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析,構(gòu)建水利模型和算法庫(kù);應(yīng)用層則根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求,開(kāi)發(fā)出防洪減災(zāi)、水資源管理等各類應(yīng)用系統(tǒng),為水利管理部門和社會(huì)公眾提供服務(wù)。各層級(jí)之間緊密協(xié)作,形成一個(gè)有機(jī)整體,實(shí)現(xiàn)水利信息的全面感知、互聯(lián)互通和智能應(yīng)用。?
三、智慧水利系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值?
相較于傳統(tǒng)水利管理方式,智慧水利系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)。它能夠?qū)崿F(xiàn)水利數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與動(dòng)態(tài)分析,讓水利管理部門及時(shí)掌握水利運(yùn)行狀況,決策更加科學(xué)、精準(zhǔn);通過(guò)自動(dòng)化控制和智能化調(diào)度,提高了水利工程的運(yùn)行效率和安全性,降低了人力成本;加強(qiáng)了對(duì)水資源和水環(huán)境的監(jiān)測(cè)與保護(hù),促進(jìn)水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)環(huán)境的改善;同時(shí),還能為社會(huì)公眾提供準(zhǔn)確的水情信息和便捷的水利服務(wù),提升公眾的獲得感和滿意度。?
四、智慧水利系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展方向?
盡管智慧水利系統(tǒng)前景廣闊,但在發(fā)展過(guò)程中也面臨一些挑戰(zhàn)。例如,數(shù)據(jù)共享機(jī)制不完善,不同部門之間的數(shù)據(jù)難以有效整合;部分地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施薄弱,新技術(shù)應(yīng)用存在困難;專業(yè)人才短缺,制約了系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維。未來(lái),智慧水利系統(tǒng)將朝著更加智能化、集成化、協(xié)同化的方向發(fā)展。進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享與融合,構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一的水利大數(shù)據(jù)平臺(tái);加大對(duì)新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用力度,如人工智能、數(shù)字孿生技術(shù),實(shí)現(xiàn)水利工程的虛擬仿真和精準(zhǔn)管理;加強(qiáng)人才培養(yǎng),建立一支高素質(zhì)的智慧水利專業(yè)人才隊(duì)伍,推動(dòng)智慧水利事業(yè)蓬勃發(fā)展。