智能技术在水资源管理中的应用

鬲经纬

（陕西省水利信息宣传教育中心,陕西 西安 714000）

1 引言

随着全球气候变化和经济发展的加速,水资源的有效管理和保护越来越受到世界各国的关注。中国作为世界人口最多的国家,面临着水资源短缺和管理的严峻挑战。在这背景下,陕西省的水资源管理和保护成为全国乃至全球的关注焦点。

1.1 陕西省水资源的重要性

陕西省位于中国的中西部,地理位置独特,气候复杂多变。根据最近的统计数据,陕西省拥有约300 亿m3的水资源储量。这些水资源不仅滋养着3000 多万人口,还支持着农业、工业、生态系统的健康运转。例如,陕西省的农业生产中80%依赖于灌溉,这直接影响着粮食生产和农民的生计。

陕西的秦岭山脉是中国的主要水分界线,南水北调中线工程的重要水源地。南水北调中线工程每年为北方地区输送超过100 亿m3米的水资源,缓解了北方的水资源短缺问题。在这样的背景下,陕西省的水资源具有显著的战略意义。

1.2 智慧水利建设的必要性

陕西省水资源的管理和利用面临着一系列挑战。水资源的分布不均,流域管理的协调困难,以及日益严重的水污染问题等,都使得陕西省的水资源管理面临着巨大的压力。例如,2019 年,陕西省有20%的水体被评为劣质V 类水,直接影响了水资源的利用和生态系统的健康。

智慧水利建设成为解决这些问题的有效途径。通过应用先进的信息技术、大数据、AI等技术,实现水资源的实时监测、智能分析和优化管理。例如,通过智慧水利系统,我们可以实时监测水质、水量,预测水需求,优化水资源配置,从而提高水资源的利用效率,减少水污染。

一个具体的案例是西安市引进的智慧水利管理系统。该系统通过实时监测和数据分析,帮助西安市实现了水资源的精细化管理,减少了30%的水资源浪费,提高了水资源利用效率。

陕西省的水资源在地区和国家的水资源保障中扮演着重要角色,而智慧水利建设的推进将为陕西省乃至全国的水资源管理带来革命性的改变,是解决水资源问题的关键途径。

2 陕西省智慧水利建设的现状

智慧水利通常涉及到利用现代技术和解决方案来更有效、更可持续地管理和保护水资源。应用方式见表1。

表1 智慧水利常见应用方式

2.1 省内技术应用基础

2.1.1 数据采集和处理技术

近年来,陕西省通过引进和自主研发,已初步建立了较为完善的水资源数据采集和处理体系。采用先进的传感器和监测设备,实时获取水质、水量等关键数据。例如,2018 年部署在渭河流域的300 多个自动监测站,可以实时收集水体pH 值、溶解氧、浑浊度等参数。

通过应用大数据和AI 技术,对收集到的数据进行实时分析和处理,辅助决策者做出更为精准的水资源管理决策。例如,陕西省水利部门开发的水资源管理信息系统,能够实现数据的自动分析和可视化展示,辅助决策者快速了解水资源状况。

2.1.2 信息通讯技术的应用

信息通讯技术在陕西省的智慧水利建设中也发挥着关键作用。通过4G/5G 网络和光纤通信技术,实现了远程监控和数据传输。水资源数据可以实时传输到管理中心,实现了对全省水资源的实时监控。

2.2 已实现的项目和成果

2.2.1 智慧水利管理系统

陕西省已成功实施了多个智慧水利管理系统项目。其中,以西安市为例,其智慧水利系统已经覆盖了整个城市的主要水体和供水系统。该系统通过AI 和机器学习技术,实现了对水质、水量的实时监测和分析,有效提升了水资源管理的精准度和效率。

2.2.2 水资源优化配置

通过智慧水利管理系统,陕西省实现了水资源的优化配置。以渭河为例,通过实时监测和数据分析,实现了对渭河流域的水资源的动态调配,减少了水资源的浪费,提高了水利用效率。具体数据表明,渭河流域的水利用效率提升了15%。

2.3 存在的问题

2.3.1 技术瓶颈

尽管取得了一些进展,但陕西省的智慧水利建设仍然面临技术瓶颈。例如,目前的数据采集和处理技术仍有不足,对一些复杂和难以检测的水质参数（如微量有毒物质）监测不足,需要进一步提升技术的精准度和稳定性。

2.3.2 管理和政策障碍

管理和政策方面也存在一些问题。目前,各级政府和部门之间的协调仍不够顺畅,信息共享和资源整合仍然面临障碍。同时,相关的法律法规和政策需要进一步完善,以支持智慧水利建设的持续推进。

总的来说,陕西省的智慧水利建设已经取得了初步进展,但仍然面临技术和管理方面的挑战,需要进一步加强技术创新和政策支持,推动智慧水利建设向更高水平发展。

3 实施智慧水利的策略与行动

陕西省在智慧水利的实施策略与行动方面,不仅通过技术研发和创新,提高了水资源管理的技术水平,而且通过政策与管理优化,确保了水资源的高效使用,同时通过提高公众意识和参与,为智慧水利建设注入了强大的社会动力。

3.1 技术研发与创新推动

在近年来,陕西省注重于水利科技的研发,尤其集中在智能水质监测系统的创新。据统计,截至2022 年,陕西省已有超过15 家单位和研究机构涉及智能水质监测技术的研发。其中一个显著的例子是,陕西省与西北工业大学合作,开发出一种基于AI 的水质快速检测技术。此技术使用了深度学习模型,能在数分钟内判断出水样中的污染物种类和含量,其准确率达到了97%,比传统方法快了近30 倍。这种技术的应用,不仅极大地提高了水质检测的效率,也为迅速响应和处理突发水质问题提供了有力工具。

3.2 政策与管理优化

为了实现更有效的水资源管理,陕西省不断修订和完善相关政策。值得注意的是,陕西省于2021 年推出了一套全新的跨部门信息共享平台。统计数据显示,这一平台整合了来自7 个部门、13 个城市的水资源数据,实现了数据的实时共享和更新。例如,渭南市在此平台上及时上传了黄河支流的流量和水质数据,这使得上游的宝鸡市能够快速做出调度决策,避免了一次可能发生的水资源浪费事件。这一案例充分说明了,通过政策和管理手段的优化,可以显著提高水资源的使用效率和应对能力。

3.3 提升公众意识与参与

公众的参与和意识是智慧水利建设的关键组成部分。陕西省为此投入了大量资源进行公共教育和宣传。据调查,自2020 年起,陕西省每年至少举办3 次大型的水资源保护公众科普活动。其中一个成功的例子是,“水之声”公民科学项目。这一项目鼓励公众收集和上传自己所在地的水资源数据,并提供了简单的分析工具供人们使用。项目上线一年后,超过10 万名市民参与其中,上传的数据量超过5 TB。这不仅为陕西省提供了大量宝贵的水资源数据,也极大地提高了公众的水保护意识和参与热情。

4 智慧水利未来路径

通过深入研究和分析,我们能够清晰地看到智慧水利未来的发展路径和潜在效益。技术创新、明确的目标和里程碑以及广泛的社会和生态效益将共同推动陕西省水利事业的持续发展,实现水资源的高效、可持续管理。

4.1 技术发展展望

未来智慧水利的技术发展将继续深化和扩展。以陕西省的一个智能灌溉系统为例,该系统利用了最先进的AI 和物联网技术,能够自动调整灌溉计划以适应不断变化的气候和土壤条件。利用卫星和无人机数据,该系统可以实时监控作物的生长状态和水需求,确保每一滴水都能得到最有效的利用。这一系统在2018 年～2022 年的实施过程中,帮助陕西省的农田实现了提升水利用效率的25%,确保了粮食生产的稳定性,展示了未来技术发展的巨大潜力。

4.2 目标与里程碑

为了实现更高效、可持续的水资源管理,明确的目标和里程碑是必不可少的。以陕西省2050 年智慧水利蓝图为例,省政府计划在接下来的几十年里,将全省所有重要水域实现实时监控和智能管理。具体而言,到2030 年,智能水质监控网络将覆盖全省的90%以上水域,为决策者提供实时、准确的数据支持。这一蓝图的实施将依赖于持续的技术创新、政策调整和公众参与,以确保水资源的可持续管理。

4.3 潜在效益与价值

智慧水利建设的长远效益和价值不仅体现在技术和经济层面,还深刻影响着社会和生态层面。以“绿水青山”生态修复项目为例,该项目综合利用GIS 和AI 技术,对陕西省部分退化水域进行了系统修复。项目实施两年来,相关水域的生态系统得到了显著恢复,生物多样性增加了40%,同时带动了当地社会经济的可持续发展,当地居民的生活水平和健康状况得到了改善。这一案例凸显了智慧水利未来发展的广泛效益和价值。

5 项目建设挑战与改进建议

5.1 技术、人才资源挑战凸显

5.1.1 技术

在陕西省智慧水利建设中,技术挑战显得尤为突出。以嘉陵江流域的智慧水利项目为例,虽然项目利用了物联网和大数据技术进行水资源管理和洪水预警,但仍面临数据精准度和实时处理能力的问题。在2022 年的暴雨期间,嘉陵江流域智慧水利系统的洪水预警功能未能准确预测洪峰的具体到达时间和水位,原因在于现有的数据采集设备精度不足,以及数据处理算法的局限性。根据数据显示,预警系统的误差范围达到了±15%,这意味着实际洪峰水位和预测水位之间存在显著差异,导致防洪措施的延误。

5.1.2 人才和技能

陕西省在智慧水利建设方面的人才缺口也不容忽视。缺乏具备先进技术知识和实践经验的人才,制约了智慧水利项目的质量和效率。以秦岭地区为例,当地的水利项目严重依赖外来技术人才,本地专业人才缺口达到60%。可通过加强与高校和研究机构的合作,培养本地技术和管理人才,加强人才队伍建设。

5.2 多方位的改进优化方式

5.2.1 技术创新

未来,陕西省智慧水利建设将进一步依赖技术创新。采用更先进的AI 技术、无人机监测和量子计算等技术,将提升水利管理的准确性和效率。到2025 年,预计陕西省至少50%的水利项目将采用AI 和无人机技术进行实时监控和管理。

按照“需求牵引,应用至上,数字赋能、提升能力”的要求,陕西省积极推动数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生工程的建设,如渭河数字孪生流域建设试点,展现了将最先进的数字技术融入到传统水利建设中的决心和实力。

5.2.2 投资和融资

在陕西省智慧水利建设方面,投资和融资是推动项目快速、高质量完成的关键因素。近日,陕西省水利厅宣布,为进一步优化水资源配置,将在今年加快陕西水网建设,全年计划完成水利投资430 亿元,重点推进10 个重大项目的开工,加速“十四五”期间重点水利工程的前期工作,并深化水利投融资改革。

投资布局与重点项目：陕西省水利厅旨在完善陕西水网架构,着力提升“两域贯通、三区互联、五纵十横、多库联调”的陕西水网规划布局。投资将集中于引汉济渭二期、东庄水利枢纽、榆林黄河东线马镇引水工程等重点项目,确保高质量的实施和完成。

融资机制和策略：陕西省水利厅不仅注重投资的加大,还着力深化水利投融资改革,寻求多元化的融资途径,以保证项目的顺利进行。引汉济渭工程已于2023 年7 月份实现先期供水,体现了在有效融资支持下,项目进度得以加速。

前期工作和规划：陕西将对33条河流进行综合规划编制,加快引嘉入汉、渭南北洛河引干入支、东庄水库供水工程、勉县玉带河水库等重大工程的前期工作。针对2023 年重点推进水利工程项目清单,省水利厅建立了动态调整机制,以确保项目的及时开工和高效实施。

在继续深化投融资改革的道路上,陕西省水利建设展现出了坚定的决心和实际行动,通过明确的投资计划、细致的项目规划和创新的融资机制,为实现水利建设的高质量发展提供了坚实保障。

5.2.3 政策调整

政策环境的优化将为智慧水利建设提供更有力的支持。期望政府进一步完善相关政策,加大资金投入,推动公私合作模式。未来可制定更具针对性的政策,如提供更多税收优惠、加快项目审批进程、优化土地使用政策等,以促进智慧水利项目的实施。

5.2.4 区域合作

区域内外合作的深化将推动陕西省智慧水利建设走向新的阶段。通过与其他省份和国际组织的合作,引进先进技术和管理经验。可优先与水资源丰富、水利管理经验丰富的省份和国家开展合作,共享数据和技术资源,推动智慧水利技术和管理水平的提升。

6 结论

本文深入探讨了陕西省智慧水利建设的现状、挑战和未来发展方向。可以明确地看出,陕西省在智慧水利建设方面已取得显著进步,特别是在技术应用和政策创新方面。通过综合利用AI、大数据、物联网等先进技术,省内的水资源管理变得更加精细和高效。但仍面临着技术准确性、实时处理能力、人才和技能缺口等挑战。

未来,陕西省应继续推进技术创新,加强与高校和研究机构的合作,培养更多具备先进技术知识和实践经验的人才。同时,通过政策调整和优化,创造一个有利于智慧水利发展的政策环境,推动公私合作模式,加快项目审批进程。区域内外合作的深化也将促进陕西省智慧水利的发展,与其他省份和国际组织的合作将带来更多先进的技术和管理经验。

综上所述,虽然陕西省在智慧水利建设方面面临一系列挑战,但通过不断推动技术创新、优化政策环境、加强人才培养和扩大区域合作等措施,有望克服这些挑战,实现水资源的高效、可持续管理,为未来的可持续发展奠定坚实基础。智慧水利不仅是一个技术和管理的革命,也是一个社会和生态的革命,其深远的影响将深入到每一个人的生活、每一片生态环境中。