基于水聯網及智慧水利提高水資源效能

摘要：
針對水資源供需系統的"動態性、關聯性、預期性、不確定性",以信息技術當前快速發展和應用的物聯網理論與技術為基礎,提出了水聯網及智慧水利概念:其總體架構是集物理水網、虛擬水網和市場水網一體的現代化水資源系統;其核心特征是實時感知、水信互聯、過程跟蹤、智能處理;其關鍵技術是基于云技術的監測、計算和服務,基于多水源高效能的智慧調度,基于多通道優拓撲的精準投遞;其核心目標準確預報、精準配送和高效管理,全面提高水資源效能,促進我國水資源高效利用水平的跨越式提升。

正文：

我國人口基數大、人均水量不足世界平均的1/3,時空分布嚴重不均,“水臟、水渾、水多、水少”問題突出,構成了我國水資源基本情勢[1-2]。近年來,隨著我國社會經濟的快速發展,水資源供需矛盾日益加劇,極端水文氣象事件的頻繁發生,更加劇了我國水安全、糧食安全及生態環境安全的情勢［3 － 4］。2011 年中央一號文件從全局充分明確了新時期水利發展戰略定位，強調水是生命之源、生產之要、生態之基。中央水利工作會議及2012 年國務院三號文件，進一步強調了水利在現代農業建設、經濟社會發展和生態環境改善中的重要地位，對加快水利基礎設施建設、加強農田水利等薄弱環節建設、實行最嚴格的水資源管理制度等做出了戰略部署。

水資源及其高效利用是世界各國普遍關注的問題，農業水資源效率的提升，更是水資源利用效率的重中之重［5 － 8］。長期以來，農業水資源高效利用主要關注田間尺度的節水技術。然而，在氣候變化和經濟社會不斷發展的條件下，農業用水在變化環境下面臨著的不確定性增大，將極大增加灌區水資源系統調控的難度與風險，必須從流域層面著手解決［9 － 13］。在供給和需求兩端都面臨巨大變化的條件下，傳統的水資源管理范式難以滿足“供用水安全維系“和“利用效率與效益充分發揮”的需求。特別是由變化環境所導致的“水文一致性”的喪失，動搖了傳統的水資源分析理論方法的科學基礎［14 － 15］，基于歷史長系列數據的水資源優化配置技術面臨嚴峻的挑戰。

正是由于流域水資源系統的這種復雜性，流域水資源可持續利用的適應性調控就顯得前所未有的重要，動態調整策略和適應性管理成為新的水資源管理準則，要求管理要建立在更多的觀測數據及其未來情勢變化的基礎上［16］。利用現代水利信息化技術，及時獲取水資源系統的實時水狀態信息，成為與現代水資源管理技術發展相平行的重要支撐技術問題。隨著以云計算、Web2. 0 為標志的第三次信息技術浪潮的到來［17］，具有“感知、互聯和智能”等基本特點的物聯網及其應用極大地改變了行業信息化服務的效率、易用性和行為范式，水利信息化技術和現代化迎來了良好契機。發展水聯網和智慧水利，將成為水利現代化，快速提升水資源效能的強力抓手。