青岛市智慧水利理论框架研究

周芸　宫方杰　王粲然　伍玉良　宋新华

【摘 要】随着青岛市社会经济的进步，水问题日趋显著，已成为制约其经济社会可持续发展的瓶颈。为了贯彻落实水生态文明理念，助力青岛市水生态文明试点城市建设，本文在青岛地区开展智慧水利理论框架的研究。研究结果表明，青岛地区水利信息化发展较快，水资源分配不均，水环境问题严峻，适合作为智慧水利理论框架的研究区域。本文重点规划了青岛市水利云中心、数字流域系统平台和天空地一体化监测系统，为青岛市一体化的水资源管理体系提供了支撑，为青岛市水利信息化建设提供了技术保障。此次研究有助于科学高效地应对和解决水资源短缺、水污染、水生态破坏等诸多水问题。智慧水利的发展是青岛水利未来发展的重中之重，代表着我国水利发展的新方向、新趋势，是我国水利现代化发展的必由之路。

【关键词】智慧水利；理论框架；水资源管理；水资源保护

中图分类号： TV213.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）35-0192-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.083

0 引言

水作为生态环境的控制性要素，在整个生态环境中起到重要的作用，水生态文明作为生态文明的重要组成部分，是推进水生态文明建设的中心工作，是建设中国美丽环境的重要基础[1]。水生态文明建设考虑的是人类的活动，而不仅仅是考虑水生态系统的发展状况。人类社会的不断发展，人类向自然的不停索取，影響和改变着大自然，而大自然的退化又会对人类反作用，形成制约甚至惩罚。故水生态文明建设与水生态系统保护和修复相比，具有更深层次的意义[2]。

2013年，习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出“建设自然积存、自然渗透、自然净化的‘海绵城市”的水生态建设理念，改变以往排水防涝的用水思路，将雨洪资源当做国家的一项重要资源去利用，并尽量减少对生态环境的影响[3]。近年来，全球气候变化和人类活动加剧使得水资源的管理更加复杂化，水文的复杂化、地形的迥异性和海量数据的存储使得水资源的开发利用管理向智慧时代迈进，水利发展新技术的研究变得更加迫切。

本文以青岛水利建设为例，重点研究青岛地区水资源管理模式，开展青岛智慧水利理论框架研究，完成青岛水利信息化、现代化建设，以求加快水生态文明建设的脚步。智慧水利框架的研究对青岛地区水资源配置问题、水资源监管问题、水资源污染问题、水生态破坏问题、水资源短缺问题及水利设施的规范和监管问题有很大的帮助，可以充分实现青岛地区水利资料共享，各部门协调衔接发展，水污染水生态问题明显缓解和水资源短缺问题的有效改善等。此次研究的重点在于智慧水利框架的青岛化研究，要建设独一无二且符合青岛地区实际情况的理论框架和体系，有效的解决当地水资源管理漏洞。此次研究的难点在于青岛地区地形复杂，水系众多，人类影响因素较大，信息化建设不到位等。

1 智慧水利的概念和内涵

智慧水利是一种建立在高效智能化的水资源管理系统上的智慧模式，以云数据库为核心的智慧水利云系统，有助于实现专业信息、流域信息和区域信息的无缝式统计，实现数据的有效利用和实时共享；以物联网技术、无线传感技术为核心的信息传输系统，有助于实现信息的实时更新和反馈，增加互联互通，有助于解决异地会商困难、部门不协调不衔接等问题，实现水资源统一门户、分级管理；以天空地一体化信息采集技术为核心的监测系统，积极开展物联网、卫星遥感、雷达遥测、视频监控、全球定位与信息感知技术的应用，持续增强水利信息监测与采集能力，提高时效、丰富内容，实现基础数据的实时、连续采集工作，完善数据种类，为水利建设提供有效的水利资料和技术支撑；智能水资源管理系统，可以帮助解决水资源的调度、配置问题，实现水质、水生态的无缝式监管，完善水利业务标准和业务规范，实现水资料的大众查询和反馈；以异地会商为核心的决策支撑系统，为决策的实时传达和反馈做了铺垫，有利于快速决策和灵活调度。

2 青岛智慧水利总体框架

本文根据青岛地区流域特征、水资源特点、民族文化、社会经济发展需要以及水利建设现状，研究并设计智慧水利框架。

框架结构图是以八大系统为平台，以水利云端数据库为核心，以数字流域的仿真模拟系统为基础，结合监测系统、业务应用系统、公众服务系统、决策支撑系统、执行反馈系统和信息传输处理系统的智能化框架结构。主要系统如下：

水利云系统：是以云计算、云存储技术为核心的大数据处理系统，以云存储和云计算的方式，取代了以往的人工纸质存储和人工计算模式，有效的实现了数据的实时传输和共享。水利云数据库存储整理了青岛当地气象信息数据库、遥感信息数据库、河湖水系信息数据库、土壤水文信息数据库、流域水文信息数据库、流域水资源信息数据库、生态水文信息数据库、生态环境信息数据库、水功能区信息数据库、水利社会经济数据库、城市供排水信息数据库以及防洪体系数据库等多种数据库，涵盖了青岛地区各类水文或相关数据，有效的整合当地水文专业信息、流域信息、区域信息，形成无缝式水利信息存储模式，为水利建设和科研提供数据支撑。水利云系统的核心是大数据处理、数据挖掘和知识发现。

数字流域：数字水利作为信息时代的新生事物，推动了当代水利科学的全面发展。在数字水利的背景下，提出了数字流域、数字水资源、数字水库、现代水利和大水利等诸多新的理念与框架策略。较之前以3S技术为核心，结合网络通信技术、数据库技术的数字水利，如今的数字流域系统更加信息化、智能化，为此次青岛智慧水利理论框架的研究工作提供技术保障。数字流域是以流域水循环综合模型为主要驱动力，结合虚拟仿真技术、GIS空间建模等技术，通过水文物理模型的精密计算和模拟系统的仿真模拟，实现数据的可视化和智能化。

监测系统：采用多源信息监测方式，利用先进的技术设备，如：水位监测方面采用浮子式水位计、压力水位计、超声波水位计、雷达水位计等；水质监测方面采用潜水式水质监测仪和抽水式自动水质监测仪；水量监测方面采用声学时差法管道流量计、声学多普勒管道流量计、电磁管道流量计等。因地制宜的采用适合当地区域要素的监测设备，实时的、连续的对多源信息要素进行监测和传输，为水利建设提供宝贵资料。

青岛地区监测系统采用天空地一体化模式进行水利基础信息采集与传输，积极开展物联网、卫星遥感、雷达遥测、视频监控、全球定位与信息感知技术的应用，持续增强水利信息监测与采集能力，具有快速监测、监测要素齐全、全方位感知等优点。

公众服务系统：青岛智慧水利公众服务系统完成了多智能平台的接入，是集山洪预警、水文预报、水资源监督管理、水信息查询、水务管理等功能为一体的智能服务系统，有效的整合了群众力量，增强了群众保水、爱水、治水意识，加强群众对水利建设的监管力度。业务应用系统：业务应用系统的作用是实现资源的有效共享和应用平台的互连互通，为应用平台的功能实现提供技术支持及运行环境，是实现应用平台之间、应用平台与其他平台之间进行信息交换、传输和共享的基础。

3 结论和讨论

近年来，水生态文明建设力度不断加大，海绵城市等先进理论的不断提出，标志着我国水利由过去的工程水文时代过度到了如今的水生态建设时期。在生态文明建设和信息化时代的大背景下，我国水利的发展由传统水利向智慧水利发展，水利信息化特征越来越明显，水资源管理模式越来越智能。智慧水利是在水生态文明和海绵城市的理念下提出的水利信息化发展模式，针对水利发展中存在的水污染、水生态破坏、水资源监管、水资源配置等问题做出合理规划和指导。智慧水利理论框架的研究，是智慧水利发展的先驱，完善了智慧水利“骨”的建设，为智慧水利的快速发展奠定基础。

【参考文献】

[1]陈明忠.关于水生态文明建设的若干思考[J].中国水利， 2013.64（15）：4-6.

[2]唐克旺.水生态文明的内涵及评价体系探讨[J]. 水资源保护，2013.29（04）：3-4.

[3]阮本清，韩宇平.区域水安全评价指标体系初步研究[J]. 环境科学学报，2003.23（2）：267-272.