戴　瑋 ，李益農(nóng) ，章少輝 ，白美鍵 ，史　源 ，王海洲 ，王　屾

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，100048，北京；2.北京水足跡科技有限公司，100044，北京）

灌區(qū)是強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)下二元水循環(huán)理論的重要實(shí)踐，近年各級(jí)灌區(qū)管理部門(mén)以科學(xué)發(fā)展觀(guān)為指導(dǎo)，積極探索可持續(xù)發(fā)展的管理思路，大力推進(jìn)灌區(qū)信息化及現(xiàn)代化建設(shè)，在遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程控制、農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革、水權(quán)交易等方面發(fā)揮了積極作用，受到社會(huì)廣泛關(guān)注和認(rèn)可。但與此同時(shí)，灌區(qū)的信息化管理目前僅限于對(duì)信息的采集和存儲(chǔ)，未能對(duì)信息進(jìn)行深度處理、利用、反饋與決策，即以人工智能或智慧的形式開(kāi)展灌區(qū)用水過(guò)程的管理。

我國(guó)現(xiàn)有部分灌區(qū)已實(shí)現(xiàn)信息化，但迄今未實(shí)現(xiàn)智慧化。隨著近年人工智能技術(shù)飛速發(fā)展及在各行各業(yè)廣泛深入應(yīng)用，人工智能涉及行業(yè)也逐漸由制造型行業(yè)向服務(wù)型與管理型行業(yè)擴(kuò)展。強(qiáng)人類(lèi)活動(dòng)使得灌區(qū)水文/水力循環(huán)過(guò)程復(fù)雜且具有極強(qiáng)的人為痕跡，若在灌區(qū)信息化基礎(chǔ)上引入人工智能和灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)，勢(shì)必能為灌區(qū)管理提供智慧預(yù)警、智慧調(diào)度/調(diào)控和智慧決策等技術(shù)支持，從而提高灌區(qū)用水過(guò)程的調(diào)控和管理能力，高效便捷地開(kāi)展灌區(qū)用水管理工作。

一、智慧灌區(qū)內(nèi)涵

智慧灌區(qū)以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，遵循人、水、灌區(qū)和諧發(fā)展的客觀(guān)規(guī)律，在灌區(qū)信息化的基礎(chǔ)上，融合人工智能和灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)，依據(jù)以水定需、量水而行、因水制宜原則，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)智慧預(yù)警、智慧調(diào)度/調(diào)控及智慧決策，推動(dòng)灌區(qū)發(fā)展與水資源和水環(huán)境承載力相協(xié)調(diào)，發(fā)展完整的灌區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)，建立灌區(qū)永久水資源保障制度，構(gòu)建先進(jìn)的水科技文化。

二、智慧灌區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略定位

1.智慧灌區(qū)建設(shè)是水利改革發(fā)展的需要

2018年全國(guó)水利廳局長(zhǎng)會(huì)議明確指出，要持續(xù)深化水利重點(diǎn)領(lǐng)域改革創(chuàng)新，更好地激發(fā)水利生機(jī)活力。目前，各級(jí)灌區(qū)管理單位正逐步開(kāi)展灌區(qū)信息化建設(shè)，部分灌區(qū)已率先完成信息化建設(shè)，并開(kāi)始探索灌區(qū)智慧化建設(shè)。隨著我國(guó)水利改革進(jìn)程不斷推進(jìn)、工作內(nèi)容不斷深化、社會(huì)服務(wù)功能不斷拓展，除原有農(nóng)業(yè)灌溉、防洪排澇等功能外，農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置、農(nóng)業(yè)水資源利用效率提高、灌區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)愈發(fā)成為灌區(qū)管理工作的重要任務(wù)和中心環(huán)節(jié)。實(shí)施智慧灌區(qū)建設(shè)，統(tǒng)籌灌區(qū)建設(shè)與生態(tài)和諧，通過(guò)融合人工智能、灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)和水利信息化，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)用水安全與高效管理，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，都對(duì)灌區(qū)管理工作提出了新要求，極大豐富了灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的內(nèi)涵，拓展了高新技術(shù)與傳統(tǒng)水利相互促進(jìn)的空間。

2.智慧灌區(qū)建設(shè)是灌區(qū)現(xiàn)代化發(fā)展的高級(jí)形態(tài)

智慧灌區(qū)建設(shè)基于統(tǒng)籌灌區(qū)信息化建設(shè)與生態(tài)灌區(qū)建設(shè)，強(qiáng)調(diào)人工智能、灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)與灌區(qū)管理工作有效融合，實(shí)現(xiàn)“人-灌區(qū)-環(huán)境”三者之間協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，有利于提高灌區(qū)防洪排澇安全、工程設(shè)施安全、信息化設(shè)備安全，有利于提高灌區(qū)水資源配置效率，統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)用水與生態(tài)用水，有利于提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)從以需定供到以供定需的轉(zhuǎn)變，能夠?yàn)楣鄥^(qū)提供有理有據(jù)、直觀(guān)可視的決策方案支持。

三、智慧灌區(qū)建設(shè)相關(guān)探索

針對(duì)現(xiàn)代灌區(qū)的理念、內(nèi)容、目標(biāo)等方面，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所以“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“現(xiàn)代灌區(qū)用水調(diào)控技術(shù)與應(yīng)用”為依托，聯(lián)合中國(guó)灌溉排水發(fā)展中心、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國(guó)農(nóng)科院新鄉(xiāng)農(nóng)田灌溉研究所和揚(yáng)州大學(xué)等單位的專(zhuān)家學(xué)者展開(kāi)了研究討論。2017年，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所組織項(xiàng)目參與單位先后赴甘肅省疏勒河灌區(qū)、湖北省漳河灌區(qū)、河北省冶河灌區(qū)等進(jìn)行調(diào)研，調(diào)查了現(xiàn)有渠/管灌區(qū)工程建設(shè)及信息化建設(shè)現(xiàn)狀、灌區(qū)日常管理工作，研討了人工智能、灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)與灌區(qū)管理相結(jié)合的目標(biāo)及具體實(shí)施方法，形成了灌區(qū)建設(shè)融入人工智能和灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)的意見(jiàn)，并計(jì)劃定期邀請(qǐng)本行業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)及相關(guān)高校專(zhuān)家召開(kāi)智慧灌區(qū)建設(shè)研討會(huì)，鏈?zhǔn)酵七M(jìn)智慧灌區(qū)建設(shè)。智慧灌區(qū)建設(shè)模式如圖1所示。

2017年下半年，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所與湖北省漳河灌區(qū)共同開(kāi)展了智慧灌區(qū)建設(shè)工作。作為目前我國(guó)水利信息化建設(shè)較為完善的灌區(qū)，漳河灌區(qū)已實(shí)現(xiàn)閘門(mén)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控閘門(mén)配水過(guò)程，分水口流量測(cè)量及遠(yuǎn)程傳輸，各田塊墑情預(yù)報(bào)及閘門(mén)依據(jù)墑情自動(dòng)配水，依據(jù)氣象云圖預(yù)報(bào)降雨等功能，其智慧灌區(qū)建設(shè)已取得初步成效。

隨著人工智能技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)、廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在生產(chǎn)行業(yè)引入人工智能可以有效節(jié)約人工，從而提高生產(chǎn)效率、增加經(jīng)濟(jì)收益。中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所自主研發(fā)的灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真軟件已在黑龍江省錦西灌區(qū)可研及初設(shè)階段設(shè)計(jì)方案論證、錦西灌區(qū)調(diào)度/調(diào)控及防洪模擬仿真、河北省冶河灌區(qū)用水整體調(diào)度/調(diào)控模擬仿真方面獲得了驗(yàn)證，對(duì)錦西灌區(qū)的設(shè)計(jì)方案提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)，有效縮短了輸配水過(guò)程所需時(shí)間。通過(guò)人工智能與灌區(qū)用水全過(guò)程模擬仿真技術(shù)的有效融合，在智慧預(yù)警方面可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別各關(guān)鍵時(shí)空節(jié)點(diǎn)的水位警戒閾值，實(shí)時(shí)有效地預(yù)警；在智慧調(diào)度/調(diào)控及決策方面可依據(jù)渠系水位/管系水壓力，智慧提供調(diào)度方案并對(duì)閘門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度/調(diào)控，為決策者提供調(diào)度/調(diào)控決策方案支持。

圖1　從灌區(qū)信息化到灌區(qū)智慧化建設(shè)思路

四、智慧灌區(qū)建設(shè)建議

1.“產(chǎn)—學(xué)—研”相結(jié)合，促進(jìn)智慧灌區(qū)科研成果轉(zhuǎn)化

以“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“現(xiàn)代灌區(qū)用水調(diào)控技術(shù)與應(yīng)用”為支撐，以“產(chǎn)-學(xué)-研”相結(jié)合為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)公司-灌區(qū)管理單位-科研院所/高校聯(lián)動(dòng)。其中科研院所/高校負(fù)責(zé)理論機(jī)理研究，科研院所/高校與灌區(qū)管理單位構(gòu)建智慧灌區(qū)建設(shè)方法，公司負(fù)責(zé)科研技術(shù)成果集成，科研院所/高校與公司共同執(zhí)行軟硬件開(kāi)發(fā)，在灌區(qū)進(jìn)行落地應(yīng)用。三者之間相互配合，推動(dòng)科研成果服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際。

2.通過(guò)示范引領(lǐng)，推動(dòng)智慧灌區(qū)建設(shè)進(jìn)程

當(dāng)前，智慧灌區(qū)建設(shè)仍處于起步階段。因此需選取部分灌區(qū)開(kāi)展智慧灌區(qū)示范區(qū)建設(shè)工作，通過(guò)加強(qiáng)理論及技術(shù)指導(dǎo)，完善建設(shè)及管理制度，積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為推進(jìn)智慧灌區(qū)建設(shè)開(kāi)辟思路。示范區(qū)在探索實(shí)踐中形成體系完整的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及模式，給其他灌區(qū)智慧化建設(shè)提供參考依據(jù)。

3.建設(shè)人才梯隊(duì)，保障智慧灌區(qū)良性運(yùn)行

為保障智慧灌區(qū)良性運(yùn)行，灌區(qū)管理單位應(yīng)加強(qiáng)人才培養(yǎng)，提升人才培訓(xùn)戰(zhàn)略地位。通過(guò)建立健全的人才培訓(xùn)計(jì)劃，采取請(qǐng)進(jìn)來(lái)、走出去的模式培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)型及復(fù)合型人才，聘請(qǐng)專(zhuān)家和相關(guān)技術(shù)人員開(kāi)展系統(tǒng)性培訓(xùn)，開(kāi)設(shè)討論組定期組織討論，支持各灌區(qū)管理單位間相互交流學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短。

參考文獻(xiàn)：

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