王志強

（甘肅省張掖市甘州區(qū)大滿水利電力管理處，甘肅 張掖 734000）

1 數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展的高級階段，是數(shù)字經(jīng)濟的主要驅(qū)動力。在當前背景下，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、GIS 以及人工智能等各類數(shù)字技術(shù)不斷涌現(xiàn)，基于數(shù)字化技術(shù)的各種新生產(chǎn)模式、管理模式也不斷產(chǎn)生。這些先進的科學技術(shù)與生產(chǎn)模式、管理方式正在推動著社會朝著更先進、更智能與更智慧的方向發(fā)展[1]。

數(shù)字化有狹義與廣義之分，狹義的數(shù)字化主要是利用數(shù)字技術(shù)來改造有關(guān)場景與業(yè)務(wù)，從而達到降本增值的目的。而廣義的數(shù)字化是利用數(shù)字技術(shù)對政府、企業(yè)等各類組織的業(yè)務(wù)模式、運營方式進行整體性與系統(tǒng)化革新甚至是重塑。在數(shù)字化技術(shù)體系下，數(shù)據(jù)是最主要的生產(chǎn)要素，運用數(shù)字化技術(shù)制定相關(guān)決策或是開展某些調(diào)度時都要以真實的數(shù)據(jù)為依據(jù)[2]。

2 數(shù)字化技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用

2.1 數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

2.1.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與建構(gòu)原則 在當前背景下，有關(guān)單位或部門要以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建新型的具有動態(tài)監(jiān)測、遠程監(jiān)控的水資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)，從而提升水資源管理的自動化與智能化水平。在設(shè)計與建設(shè)遠程監(jiān)控系統(tǒng)時，需引進傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、視頻傳輸技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)、通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來構(gòu)建具有豐富功能與穩(wěn)定性能的管理系統(tǒng)，從根本上改變傳統(tǒng)的管理模式，提高水資源管理效率。

在基于上述高新技術(shù)建設(shè)水資源管理系統(tǒng)時還需遵守相應(yīng)原則。如基于數(shù)字化技術(shù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)要有良好的實用性。設(shè)計時以現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源、計算機資源以及技術(shù)資源為基礎(chǔ)，根據(jù)水資源管理現(xiàn)狀與需求，從實際出發(fā)對各平臺已經(jīng)建設(shè)起來的系統(tǒng)進行整合，開發(fā)出能滿足當下水資源管理需求的數(shù)字化、遠程化監(jiān)控系統(tǒng)，確保系統(tǒng)具有足夠的實用性。另外，基于數(shù)字化技術(shù)的水資源監(jiān)控系統(tǒng)還要具有統(tǒng)一標準。在設(shè)計與建設(shè)系統(tǒng)時需做到數(shù)據(jù)接口定義與傳輸格式標準化，確保系統(tǒng)能適用于多種場所、多種情況。在建設(shè)系統(tǒng)時必須采用先進的技術(shù)，確保系統(tǒng)在技術(shù)上的先進性。設(shè)計系統(tǒng)時要根據(jù)實際情況，結(jié)合具體需求積極引進、合理應(yīng)用當前出現(xiàn)的新工藝、新設(shè)備以及新技術(shù)，在確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的情況下促進技術(shù)與設(shè)備更新升級，推動技術(shù)平滑過渡，使系統(tǒng)始終具有先進性[3]。

2.1.2 數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu) 在基于數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建水資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)時，必須根據(jù)區(qū)域內(nèi)的水資源管理及利用現(xiàn)狀合理設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，科學建構(gòu)系統(tǒng)框架。如遠程監(jiān)控系統(tǒng)必須要由引水狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)以及閘門遠程啟閉控制系統(tǒng)等構(gòu)成。同時，監(jiān)控系統(tǒng)中需要包含遠程監(jiān)控控件、視頻控件、視頻服務(wù)器以及計算機廣域網(wǎng)上運行的軟件系統(tǒng)等?；跀?shù)字化技術(shù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)要具備遠程監(jiān)視、監(jiān)控及監(jiān)測功能。

2.1.3 數(shù)字化系統(tǒng)功能及應(yīng)用 為水資源管理工作設(shè)計的數(shù)字化遠程監(jiān)控系統(tǒng)要有水位監(jiān)測功能。在設(shè)計與使用系統(tǒng)時，需于系統(tǒng)中引進超聲波水位傳感器，利用這一先進智能設(shè)備監(jiān)測水位在不同時期的變化情況，使管理人員隨時掌握水位數(shù)值。此外，系統(tǒng)要具備視頻監(jiān)視功能。設(shè)計及應(yīng)用遠程監(jiān)控系統(tǒng)時，相關(guān)單位及人員需從實際需求出發(fā)，于系統(tǒng)中引入視頻監(jiān)視設(shè)備，裝設(shè)彩色攝像頭、控制解碼器以及網(wǎng)絡(luò)電話機、云臺等。使系統(tǒng)能實時監(jiān)測水資源變化情況，收集水資源變化數(shù)據(jù)，并接受相關(guān)的調(diào)控以及管理命令，實現(xiàn)系統(tǒng)對水資源的動態(tài)化管理[4]。

2.2 數(shù)字化工作體系建設(shè)與應(yīng)用

2.2.1 建設(shè)數(shù)字化管理體系 在水資源管理工作中，數(shù)字技術(shù)是重要的管理工具與管理手段，相關(guān)部門與人員需科學合理應(yīng)用數(shù)字技術(shù)高質(zhì)量完成水資源管理工作。而要實現(xiàn)對數(shù)字化技術(shù)的有效應(yīng)用，相關(guān)部門首先要對水資源保護目標、內(nèi)容、要求以及難點等進行界定與明確，同時對水資源保護流程進行確定。在確定好業(yè)務(wù)問題與業(yè)務(wù)流程后再進行數(shù)字化設(shè)計，這樣才能讓數(shù)字化技術(shù)得到充分應(yīng)用。根據(jù)我國相關(guān)政策與法律可知，各地水資源保護的基本要求是采用經(jīng)濟、法律以及行政等各項手段對流域內(nèi)的水資源進行管理，將流域內(nèi)的水環(huán)境控制在合理水平，使流域內(nèi)的水資源能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?；诖耍鶕?jù)實際需求構(gòu)建水資源數(shù)據(jù)庫，并對區(qū)域內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)進行完善，之后再逐步構(gòu)建一個以流域機構(gòu)為主體的智能化、數(shù)字化流域水資源保護管理組織網(wǎng)絡(luò)。在基于數(shù)字化技術(shù)構(gòu)建水資源管理數(shù)字化工作體系以及開展水資源管理工作時，要充分利用現(xiàn)代通信技術(shù)網(wǎng)、計算機技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提高水資源管理工作的數(shù)字化水平，推動水資源管理工作朝著信息化、數(shù)字化與智能化方向發(fā)展。

2.2.2 建設(shè)數(shù)字化水資源管理組織 各流域內(nèi)的水資源管理組織并不是一個單一的管理實體，而是由國家水利部、環(huán)境保護局以及各級政府等共同組成的一個具有綜合性以及復雜職能的組織。在數(shù)字化背景下，流域內(nèi)各部門、各機構(gòu)有必要發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的作用與優(yōu)勢，對水資源管理組織進行優(yōu)化，構(gòu)架起以流域機構(gòu)為主體的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化管理組織。為更好地開展水資源管理工作，基于數(shù)字化技術(shù)的水資源管理組織應(yīng)當包含以下幾個架構(gòu)：作業(yè)支持層（基層人員操作），在作業(yè)支持層構(gòu)建數(shù)字化的數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，由該系統(tǒng)幫助各基層人員更好地完成數(shù)據(jù)采集、水位監(jiān)測、水環(huán)境檢測等各項工作[5]，此外還要用于幫助組織中層管理人員的決策支持系統(tǒng)，如管理信息系統(tǒng)（MIS），用于支持組織單元決策自動化的信息系統(tǒng)，如基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)等。

3 數(shù)字化管理在水資源管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與成效

3.1 數(shù)字化管理在水資源管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

以張掖市甘州區(qū)大滿灌區(qū)為例。大滿灌區(qū)位于甘肅省張掖市甘州區(qū)西部，灌溉面積3.73 萬hm2，其中純井灌面積達2.03 萬hm2。1 465 眼機井年提水量達到了8 453 萬m3。地下水水位線逐年下降，地下水開采量接近了紅線。為有效解決這一嚴峻的生態(tài)問題，灌區(qū)在2017 年結(jié)合農(nóng)業(yè)水價改革，對灌區(qū)所有機井進行了數(shù)字化改造，將以IC 卡智能控制器、GPRS 傳輸模塊、ZIGBEE 模塊、多功能電參數(shù)采集儀、開關(guān)電源、刀型閘閥、互感器、限位行程開關(guān)信號避雷器等集成的機井IC 卡智能控制箱串聯(lián)接入水泵啟動柜。超聲波水表安裝于機井首部輸水管道。建立了水管站—灌區(qū)—區(qū)水務(wù)局3 級管理模式，并接入了區(qū)水務(wù)局機井管理云平臺，可對灌區(qū)內(nèi)用水戶是取水情況進行實時監(jiān)控，隨時掌握用水數(shù)據(jù)和機井運行狀態(tài)。

該平臺主要具有查詢系統(tǒng)和智能機井配水系統(tǒng)。查詢系統(tǒng)可以實時動態(tài)的查詢機井的用水量、剩余水量、開關(guān)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)；可以查詢機井建設(shè)信息、配水、充水、用水等信息報表，通過對信息報表的分析，可以提前做一些水情預(yù)判；也可以通過對一些信息異常機井的查詢，及時安排工作人員前往現(xiàn)場進行維護。智能機井配水系統(tǒng)通過增減機井信息，將機井信息準確定位到相對應(yīng)的行政區(qū)域和水管區(qū)域，根據(jù)機井覆蓋的灌溉面積和取水許可證所限定的年度最大取水量，智能分配水量。

3.2 數(shù)字化技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用成效

數(shù)字化管理在大滿灌區(qū)地下水資源管理的應(yīng)用經(jīng)過幾年運行后總體成效顯著，地下水開采量得到了有效控制，農(nóng)民用水成本降低，生態(tài)環(huán)境惡化情況明顯好轉(zhuǎn)，取得了良好的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。

3.2.1 社會效益 超聲波水表的應(yīng)用使用水戶真正做到了“用明白水”，從而達到了少用水、少繳費、降低用水戶用水成本的目的；農(nóng)民用水者協(xié)會根據(jù)農(nóng)作物生長習性科學安排用水計劃，節(jié)約用水，增加了用水事務(wù)的透明度，減少了水事糾紛的發(fā)生，提高了基層村社組織的公信度，降低了村社干部的工作強度和難度，為該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)水、農(nóng)民增收和社會主義新農(nóng)村建設(shè)打造了堅強的水利基礎(chǔ)。

3.2.2 經(jīng)濟效益 在對灌區(qū)機井進行數(shù)字化改造后，實現(xiàn)了水量計量、自動控制、分級分層管理，進一步完善了用水戶計量管理，提高了農(nóng)民用水者協(xié)會自主管理能力，并充分參與灌區(qū)用水管理，從而減少了用水浪費的現(xiàn)象；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整力度進一步加大，灌區(qū)通過農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)查，灌區(qū)內(nèi)集中連片種植低耗水高效益作物面積比例逐年加大，減少了用水量，使單方水效益大幅提高；灌區(qū)內(nèi)由原來的大水漫灌、管灌模式不斷向滴灌模式轉(zhuǎn)變，有效控制了水資源開采，減少了灌水時間、勞動力和勞動強度，提高了農(nóng)作物產(chǎn)量，取得了良好的經(jīng)濟效益。

3.2.3 生態(tài)效益 隨著水資源有效利用率的提高，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到了明顯的改善，新的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正逐步形成，起到調(diào)節(jié)氣候、降低風速、凈化空氣、減輕干熱風、美化環(huán)境、保護生物多樣性等多種生態(tài)防護作用，有效預(yù)防了干熱風和風沙對環(huán)境的破壞，提高了抵御自然災(zāi)害的能力，為保證農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

4 數(shù)字化技術(shù)在水資源管理中存在的問題及對策

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于水資源管理，特別是應(yīng)用于基層水資源管理仍然是一個新課題，只能邊摸索邊進行。它是人員、硬件、軟件和制度的一個有效結(jié)合體，在實際運行中還存在一些問題需要解決。

4.1 人員方面

基層水管工作人員大多文化水平較低，隨著工作時間的積累，已習慣于原來的管理方法，對數(shù)字化技術(shù)的管理方式有一定的抵觸心理，部分人員電腦應(yīng)用技能薄弱，對新的管理方式“上手慢”。灌區(qū)應(yīng)綜合考量工作人員的文化水平、電腦應(yīng)用技能水平，把接受新事物快、學習能力強的人員放到關(guān)鍵崗位，也可采取新老搭配、強弱組隊的方式進行人員安排。單位應(yīng)鼓勵職工提升學歷，并給予一定的補助。隨著新老人員的接替，這些問題將會逐年弱化。同時，職工專業(yè)技能培訓是提高其技能和知識、開發(fā)職工潛能、激發(fā)職工創(chuàng)新欲望、增強和提高單位總體管理水平最行之有效的方法。應(yīng)有針對性地組織職工進行專業(yè)技能培訓，提高數(shù)字化管理運行的順暢度?？梢酝庹垖I(yè)人員授課，也可本單位內(nèi)部以座談會等方式進行經(jīng)驗交流。

4.2 軟件方面

進一步優(yōu)化軟件功能，緊貼水資源管理工作實際，增加剩余水量預(yù)警、電壓過高或過低預(yù)警等實用功能；優(yōu)化操作界面，開發(fā)手機APP 方便管理人員使用；研發(fā)微信、支付寶等移動支付水費、電子票據(jù)等功能，進一步方便人民群眾。

5 結(jié)語

水資源管理是一項復雜、系統(tǒng)、艱難的工作，必須要有一套健全完善的信息化系統(tǒng)來降低水資源管理難度，提高水資源管理效率。在當前背景下，流域內(nèi)有關(guān)單位及部門要深入挖掘數(shù)字化技術(shù)的功能作用，充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的作用，建設(shè)水資源數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)字化工作體系，從而提高水資源管理效率，鞏固水資源管理成效，使數(shù)字化技術(shù)服務(wù)于水資源管理、服務(wù)于農(nóng)業(yè)、服務(wù)于社會。