浅议智慧水利在唐山市全域治水工程中的应用

□陈 浩

根据《唐山市全域治水清水润城三年（2018-2020年）行动方案》要求，实现唐山市全域水质达标、水生态环境改善、美丽河湖初步建成3 个目标，唐山市水利局结合智慧水利工程实际需求和发展趋势，研发了环城水系智慧水利管理平台，提出了大数据、物联网、云计算、数字孪生等技术在水利工程管理中应用的方法及路径，实现对水量、水质、水生态的实时监控预测评价和调度决策，提升了市区水资源管理现代化水平和管控能力，对国家水网建设和其他地区升级改造提供了重要的借鉴意义。

1.项目概况

唐山市区环城水系工程覆盖的闸坝、泵站等控制性节点分布范围广，在路南、路北、高新、开平4 个行政区跨67km 河道，需要对32 座控制工程进行联合调度，从而实现河道防洪、调引生态水、向下游灌区输送农业用水等功能，有精细化管理需求。开发智慧河道管理平台前，需要人工现场采集数据、操控设备，工程运行效率效果不高，唐山市环城水系智慧水利管理平台上线后，平台依托工业传感器技术、物联网技术、云计算技术等，将水利工程中的“水循环”进行感知监控，为水利工程中各个层面管理决策者提供一套实时精准的在线监测与感知信息，形成一套有机的水利物联网，实现水信息共享和大数据管理，大幅提升了水利工程管理信息化、智慧化水平，提高工程运营效率和建设效能。

项目通过硬件设备布设，形成全覆盖监测网络，及时准确掌握环城水系水环境、水资源等情况。借助模型进行流域模拟计算，实现预警预报、调度管理、应急预案的辅助决策，最终对水环境、水资源建设指标要求开展考核与评估，使整个流域维持良好的生态环境，借助信息化提高管理水平，实现大数据分析与智慧决策，最终为环城水系管理提供技术支撑。

2.平台组成

平台总体架构如图1 所示，包含基础设施层、数据支撑层、服务支撑层、系统应用层4 部分。

图1 平台总体架构图

2.1 基础设施层

基础设施层充分发挥云计算、物联网等技术，对项目区域的水利设施、水利要素及事件等，构建基于物联网的智能化感知体系，持续监测点位变化，同时做好各单位数据衔接，持续归集水文、水工、气象、国土等数据，为水域数据仓库与数据模型建设提供数字化基础。

2.2 数据支撑层

数据支撑层内搭建物联网平台、视频融合平台及水利大数据平台，整合物联网数据、水利政务数据、视频监控等结构及非结构数据，通过实时处理、数据整编与目录管理、采集整合与集中治理等方式，形成水利管理一套表、一本账、一个标准，把封装后的数据传递给上层应用，为数据查询、数据分析、数据挖掘等应用场景提供服务。

2.3 服务支撑层

服务支撑层围绕以数据为核心的各类应用构建统一服务平台，简化数据访问难度，通过充分的算法和全面覆盖的水利业务模型，构建“水利大脑”，形成决策支撑能力和预测预警能力，为用户端提供消息传递、事件流转、分析预测等服务。

2.4 系统应用层

智慧水利应用系统根据水利业务和水利事件分类，实现区域内多级涉水业务应用全覆盖以及统一指挥调度，具体包括河道管理、闸坝管理、防汛管理、调水管理、智慧水务一张图、综合办公、党建引领、卫生城建设、标准化建设等多个子系统，满足水资源管理、水环境管理、水安全管理、水生态管理、河湖长制以及水利行政的业务需求。

3.平台优势

3.1 产生数据价值

平台上线前想要了解橡胶坝的运行状况，只能到现场进行查看，现在可通过实时视频、物联网实时数据查询等多种手段，获取橡胶坝实时运行状态、坝前坝后准确水位、流量等多种信息，如图2 所示，既提高了工作效率，也发挥了数据价值，水利管理工作有了更加多样化的工作抓手与路径。

3.2 产生经济价值

在平台建设前，引水量缺少统计和记录，涉水经济账不清晰，现在瞬时运行情况、日引水量、月引水量、总量都有了清晰直观的展示，运用真实数据做好陡河流域水资源配置与优化，年新增引水量4.79 亿m3、减少弃水入海量2.06亿m3，减少地下水开采2.22 亿m3、新增回补地下水0.8 亿m3、开发重复利用水量2 亿m3，非常规水利用量增加5.21 亿m3，每年产生水资源配置直接经济效益8.45 亿元。

3.3 为决策者提供了科学依据

在水利数字孪生建设的背景下，防汛调度的“四预”是重中之重，有了智慧水利的支撑，对于未来的洪水险情，可做到对险情点的预判、对险情点发生位置的预判、对险情点发生时间的预判，最大限度提高应急响应运转效能，根据历史灾害数据进行分析，自动生成抢险方案，为调度人员应急决策提供了科学支撑。

4.存在不足与对策建议

经试运行后发现仍存在以下问题：一是在算力算法上尚存在一定差距，如感知点分布不均匀、感知要素不全面、云计算能力匹配不足、数据整合能力不足、网络传输速度不足等；二是项目规划缺少统一顶层设计，存在功能重复、上下级数据共享不充分等问题；三是只有水利系统单一使用，其他部门涉水业务无法实时对接，没有体现横向协同、扁平高效的项目优势，投入产出比例低。

建议针对运行中存在的问题逐一进行解决，一是建议充分利用5G、人工智能新一代技术，建立数字孪生河湖，实现对物理全要素进行数字化映射；二是联合有关单位开展需求分析和方案设计，坚持统一设计、统一实施管理的原则，加强资金落实和管护水平，定期组织培训交流经验，着重培养智慧水利复合型人才；三是建议建立部门协作和联动机制，资规、城管、环保、属地政府等部门在系统平台中赋予相应权责，线上及时联动处置，避免各自为政，鼓励社会公众参与监督，形成全抓共管治水格局。

5.结语

智慧水利系统建设是河湖长制实施背景下对河湖管理信息化的整合、加强与升级，绝非简单的信技术研发应用，是一项涵盖基础战略、水利布局的系统性工程。通过建设唐山市环城水系智慧水利管理平台，实现了高度业务协作与资源整合，从而提升了运维、管理和服务水平，水环境得到了明显改善，构建了经济繁荣、生态平衡、人水和谐的新场景。