劉 輝 方國材

(1.水利部水利水電規(guī)劃設計總院，北京 100120；2.中水淮河規(guī)劃設計研究有限公司，安徽 蚌埠 230000)

1 前 言

水利行業(yè)信息化是利用新一代的信息技術和人工智能，將傳統(tǒng)的工程水利新生出現(xiàn)代水利新業(yè)態(tài)。根據(jù)工業(yè)4.0對于工業(yè)技術的四個階段(機械化、電氣化、信息化和智能化)的定義，結(jié)合水利行業(yè)的技術發(fā)展過程，將水利行業(yè)信息化發(fā)展概化為“自動化、信息化、數(shù)字化、智能化”四個階段。目前，我國水利行業(yè)處于信息化階段，隨著“十四五”水利行業(yè)信息化的發(fā)展，將實現(xiàn)更加透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更科學的決策和更智能的管理。預計未來幾年，我國水利行業(yè)信息化將逐步進入數(shù)字化階段，到2035年，我國水利行業(yè)信息化將進入智能化階段。

2 發(fā)展歷程

我國水利行業(yè)信息化起步較晚，于20世紀70年代圍繞水位、流量等水情信息等方面開展建設，并對信息源進行處理。至90年代，隨著微型計算機和網(wǎng)絡平臺的發(fā)展，水利行業(yè)信息化開始向這兩個方面轉(zhuǎn)型，特別是在1998年特大洪水發(fā)生后，國家開始布局建設國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)[1-2]。進入20世紀，隨著“以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化”發(fā)展思路和“金水工程”的確立，水利行業(yè)信息化感知采集體系，網(wǎng)絡設施逐步完善，數(shù)據(jù)資源管理逐步加強，業(yè)務應用系統(tǒng)逐步深入，安全體系逐步健全，技術應用逐步擴展，行業(yè)管理逐步強化，形成水利行業(yè)信息化全面的發(fā)展升級[3-4]。至“十一五”末期，我國已初步形成包括基礎設施保障體系、業(yè)務應用保障體系及系統(tǒng)運行環(huán)境保障體系等多方面的水利行業(yè)信息化應用綜合體系。至“水利信息化發(fā)展十三五規(guī)劃”期間，已逐步形成信息技術與水利業(yè)務深度融合、水利模型與信息化技術相結(jié)合，水利網(wǎng)信水平逐步提高，水利行業(yè)信息化進入快速發(fā)展、快速變革階段[5]?！笆奈濉背跗冢覈袠I(yè)信息化仍然處于“強基礎、補短板、上水平”階段。進入2021年，水利行業(yè)信息化已向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，注重“四預”研究，加強以防洪調(diào)度、水資源管理為基礎，多業(yè)務相協(xié)調(diào)的“2+N”發(fā)展體系。

未來，水利行業(yè)信息化將繼續(xù)以需求為導向，以技術發(fā)展為引領，加強基礎設施體系建設、數(shù)據(jù)資源管理體系建設、應用支撐體系建設及“2+N”的智能業(yè)務應用體系建設，形成區(qū)域和流域協(xié)同推進、中央統(tǒng)籌推進的新局面。進而將促進水利網(wǎng)信提檔升級，水利數(shù)字化水平和重點領域智能化水平明顯提升，水利信息化進一步高質(zhì)量發(fā)展。

3 關鍵因素分析

水利行業(yè)信息化的建設是多維驅(qū)動體現(xiàn)、多位發(fā)展的結(jié)果，縱觀整個水利行業(yè)信息化發(fā)展歷程，各階段都與政策支持、投資融資、企業(yè)進步、技術發(fā)展息息相關，同時,政府的政策制定、投資及技術發(fā)展也已成為水利行業(yè)信息化發(fā)展的關鍵因素。

3.1 政策因素

水利行業(yè)信息化發(fā)展是以市場為導向，以政策驅(qū)動為基礎，其發(fā)展的各個階段，都伴隨大的政策的調(diào)整?？偨Y(jié)2010—2020年我國水利行業(yè)信息化的主要政策，每次政策的發(fā)布都伴隨著重點業(yè)務和重點領域的發(fā)展，能力、管理、服務全面提升。

2011年通過《中共中央 國務院關于加快水利改革發(fā)展的決定》的發(fā)布，促使我國基本建成防洪抗旱減災體系，目前已建成國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期和二期，重點城市和防洪保護區(qū)防洪能力明顯提高，抗旱能力顯著增強。2012年發(fā)布的《全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，以水土保持為重點，形成各級數(shù)據(jù)采集、傳輸、共享交換及發(fā)布的數(shù)據(jù)貫通體系，提高了水土保持的信息化應用水平。2014年水利部制定了《水利部關于深化水利改革的指導意見》，指出在重要領域和關鍵環(huán)節(jié)，提升水利信息化的保障能力。2015年根據(jù)《全國水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求深化技術與業(yè)務融合，積極探索科技創(chuàng)新，進一步推進信息互聯(lián)互通，最大程度發(fā)揮水利信息化資源效率。2019年通過《2019年水利網(wǎng)信工作要點》《智慧水利總體方案》《水利業(yè)務需求分析報告》發(fā)布，實現(xiàn)了水利行業(yè)信息化在信息資源、業(yè)務應用、新興技術及水利工程建設管理等方面的突破，推進了國家治水體系和治水能力現(xiàn)代化。2020年，水利部辦公廳印發(fā)的《2020年水利網(wǎng)信工作要點》中，明確提出大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區(qū)塊鏈等技術與水利業(yè)務深度融合，并在水利工程建設和運維管理方面進行試點。

3.2 投資因素

根據(jù)水利部發(fā)布的《全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》有關數(shù)據(jù)，見表1，水利行業(yè)信息化投資及水利信息化占比都穩(wěn)步提高，其中水利行業(yè)信息化投資方面，預計2025年較2016年投資額增長一倍有余，水利行業(yè)信息化占比也由1.6%增加到3.6%，水利行業(yè)信息化投資地位逐步提高，進一步說明信息化在水利工程建設中逐步被重視、認可。近期至2022年，我國將推進150余項重大水利工程建設，內(nèi)容涉及防洪、水資源管理、灌溉節(jié)水和供水、水環(huán)境水生態(tài)及智慧水利平臺5類，預計總投資也將達到1.29萬億元。

表1 2016—2025年水利投資及水利行業(yè)信息化投資

隨著5G網(wǎng)絡普及，BIM、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術的應用，結(jié)合“2+N”智慧水利的結(jié)構(gòu)體系逐漸完善，以及安全體系和標準規(guī)范體系的建設，將繼續(xù)強化水利信息化水平，建設數(shù)字化平臺，規(guī)劃智能化應用。預計“十四五”期間，包括防洪調(diào)度、水資源管理、水工程建設運行、智慧水利、防汛抗旱、河湖管理、水土保持、行政執(zhí)法、水環(huán)境水生態(tài)等在內(nèi)的全國水利行業(yè)信息化領域的投資規(guī)模將超過1500億元。預計到“十四五”末，水利行業(yè)信息化投資將占水利工程總投資的5%。

3.3 技術因素

技術發(fā)展是推動水利行業(yè)信息化前進的關鍵因素之一，隨著各類業(yè)務的不斷融合，行業(yè)內(nèi)大型企業(yè)的資金投入，水利行業(yè)信息化技術不斷提升。從大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區(qū)塊鏈等技術的提出，到這些技術的融合、數(shù)字孿生、智慧使能體系建設，突出了技術的發(fā)展與提高，同時，技術也推動著企業(yè)規(guī)模的擴大和企業(yè)實力的提升。

水利行業(yè)信息化技術主要包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術。通過水利行業(yè)信息化技術的運用，水利場景數(shù)字化、模擬精準化、決策智慧化等能力的建設得到推進，具體涉及感知、傳輸、應用支撐和業(yè)務應用等內(nèi)容。在監(jiān)測感知方面，通過利用傳感、定位、視頻、遙感等技術，優(yōu)化完善水利監(jiān)測站網(wǎng)布局，強化在線監(jiān)測、自動監(jiān)測以及應急監(jiān)測能力；在信息傳輸方面，通過提升通信和網(wǎng)絡新技術應用水平，強化水利網(wǎng)絡安全態(tài)勢感知和水利關鍵信息基礎設施的安全防護；在應用支撐方面，通過集成耦合水文、水力學、水資源、水工程、工程調(diào)度等專業(yè)模型及可視化模型，推進數(shù)字孿生流域模擬仿真能力建設，并提升聯(lián)機計算和數(shù)據(jù)實時處理分析能力；在業(yè)務應用方面，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，積極探索構(gòu)建水利數(shù)字孿生應用場景，推動構(gòu)建 “2+N”智能業(yè)務應用體系，提升仿真、分析、預警、調(diào)度、決策和管理支撐能力。因此，水利行業(yè)信息化技術的發(fā)展，必將推動水利智能業(yè)務體系的建設，提高“四預”(預報、預警、預演、預案)和智能調(diào)度能力，推進我國水利行業(yè)信息化高質(zhì)量發(fā)展，為我國水系治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供有力支撐與強力驅(qū)動。

4 問題現(xiàn)狀和應對措施

4.1 問題現(xiàn)狀

我國水利行業(yè)信息化發(fā)展近年來突飛猛進，特別是“十三五”以后，已經(jīng)在資源開發(fā)利用、數(shù)據(jù)交換共享、水利工程建設管理等方面取得了較大成效。但是在新政策、新需求、新技術的背景下，水利行業(yè)信息化建設還存在諸多不足，如缺乏必要的人才培養(yǎng)機制、區(qū)域發(fā)展不平衡、標準建設不統(tǒng)一及新技術不能及時、有效應用，這些方面需要進一步完善、提高。

4.2 應對措施

針對目前我國水利行業(yè)信息化存在的問題，實現(xiàn)水利行業(yè)信息化的進一步發(fā)展，建議從以下幾個方面著手：

a.加強人才隊伍建設，形成梯隊管理。針對目前水利行業(yè)信息化人才缺失問題，特別是基層單位，可從高校中選拔，以梯隊形式培養(yǎng)，以快速融入、以舊帶新的模式，使相關人員快速成長。

b.國家統(tǒng)一布局，以工程帶動區(qū)域。國家重視跨區(qū)域、跨流域的水利工程建設，形成以水利工程信息化建設帶動區(qū)域信息化建設，使多區(qū)域信息化水平同步提高。

c.標準規(guī)范頂層規(guī)劃，局部完善。針對目前信息化系統(tǒng)普遍存在的標準規(guī)范建設問題，國家應該出臺相應政策，制定統(tǒng)一標準，個別信息化系統(tǒng)根據(jù)實際建設需要局部完善，實現(xiàn)從上至下信息化系統(tǒng)建設的統(tǒng)一。

d.技術深度挖掘，業(yè)務充分融合。深度挖掘目前主流信息化技術與水利行業(yè)的關系，將新興技術充分應用到水利業(yè)務中，不斷提高水利行業(yè)信息化系統(tǒng)建設水平。

5 未來發(fā)展趨勢

目前水利行業(yè)信息化處于信息接收、處理、展示、分析，水利模型初步應用階段。預計到2025年，水利行業(yè)信息化將以“2+N”整體架構(gòu)體系，在注重防洪調(diào)度、水資源管理的同時，關注河湖管理、水工程、水土保持、節(jié)水保護、智慧灌溉等業(yè)務，并與數(shù)字模型、水利模型、智慧使能深度融合，建立“預報、預警、預演、預案”的水利行業(yè)數(shù)字化平臺，提升基礎設施、信息資源、支撐組件及業(yè)務系統(tǒng)的應用水平。預計到2035年，將在信息化平臺的基礎上，進一步提升達到水利行業(yè)智能化應用目標，形成區(qū)域加流域綜合管理、流域與流域協(xié)同管理新理念，并在區(qū)域和流域間，形成業(yè)務多維融合，流域與流域間，形成聯(lián)合調(diào)度、聯(lián)合運行多位一體的新模式。

6 結(jié) 語

水利行業(yè)信息化整體是伴隨著信息化技術進步不斷發(fā)展的，在不同階段有著不同的需求和實現(xiàn)方式。其整體發(fā)展在感知、基礎設施、數(shù)據(jù)資源管理、應用支撐平臺、應用系統(tǒng)等模塊提升的基礎上，逐步進步。目前，水利行業(yè)信息化處在信息感知、數(shù)據(jù)匯集、共享、交換、資源利用及信息展示和分析階段，預計到2025年，將在信息化階段的基礎上，結(jié)合數(shù)字模型、水利模型、智慧使能的應用，逐步向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。