鮑淑君，王建華，劉 淼，高學(xué)睿，周毓彥

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100038，北京）

隨著全球人口快速增長(zhǎng)和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，加之全球氣候變化影響，水安全成為一個(gè)世界性的挑戰(zhàn)。水網(wǎng)作為水循環(huán)系統(tǒng)的物理載體，是所有水循環(huán)調(diào)控行為和措施的客觀基礎(chǔ)。無(wú)論是防洪抗旱減災(zāi)，還是水資源的配置、節(jié)約和保護(hù)，抑或是相關(guān)管理制度的建設(shè)，均可以統(tǒng)一到“自然—社會(huì)”二元水網(wǎng)系統(tǒng)的軟硬件建設(shè)上來(lái)，水網(wǎng)工程既是各類水利基礎(chǔ)設(shè)施的綜合體，也是水資源管理制度及其決策支持系統(tǒng)的集成化平臺(tái)。與此同時(shí)，在信息化潮流的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)字地球、智慧地球、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)理念和諸多信息技術(shù)紛紛被應(yīng)用于水領(lǐng)域當(dāng)中?！爸悄芩W(wǎng)”（Smart WaterGrid）作為這兩大焦點(diǎn)與前沿領(lǐng)域的交集，被許多國(guó)家作為解決區(qū)域水問(wèn)題的重要途徑并付諸實(shí)施。在我國(guó)，國(guó)家層面正在積極有序探索水系連通工程建設(shè)，同時(shí)將信息化作為水利現(xiàn)代化的重要載體，深化水管理體制與機(jī)制改革，“智能水網(wǎng)”工程已初見(jiàn)端倪。一些地區(qū)也從自身水情和實(shí)踐需求出發(fā)，建設(shè)各具特色的水網(wǎng)工程，上海市、北京市、無(wú)錫市、海南省、山東省、山西省等地區(qū)率先啟動(dòng)相關(guān)工作。為借鑒和分享國(guó)際智能水網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，專門對(duì)美國(guó)、澳大利亞、以色列、韓國(guó)等典型國(guó)家的“智能水網(wǎng)”建設(shè)實(shí)踐進(jìn)行了系統(tǒng)整理，以期促進(jìn)我國(guó)“智能水網(wǎng)”工程建設(shè)。

一、典型國(guó)家智能水網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐

1.美國(guó)：國(guó)家智能水配置網(wǎng)與區(qū)域水信息服務(wù)網(wǎng)

美國(guó)為“智能水網(wǎng)”提出了三個(gè)關(guān)鍵詞：自動(dòng)化、交互性、智能化，其發(fā)展大致可分為四個(gè)主要方向：①基于先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施建立水管理系統(tǒng)（AMI）；②通過(guò)水資源管理設(shè)施和智能電網(wǎng)優(yōu)化能源使用；③建立水質(zhì)和水量的聯(lián)合檢測(cè)平臺(tái)；④構(gòu)建水資源高效管理系統(tǒng)。美國(guó)“智能水網(wǎng)”建設(shè)理念通過(guò)其國(guó)家層面的“智能水網(wǎng)”項(xiàng)目和州層面的蒸散發(fā)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)典型案例得到突出體現(xiàn)。

實(shí)踐方面，美國(guó)主要推進(jìn)了國(guó)家水配置網(wǎng)絡(luò)工程和區(qū)域以水信息服務(wù)網(wǎng)為主體的“智能水網(wǎng)”建設(shè)，其中以配置為主要內(nèi)容的國(guó)家 “智能水網(wǎng)”（National Smart Water Grid,NSWG）從密西西比河調(diào)水至科羅拉多河，以解決水資源供需空間不均的問(wèn)題。區(qū)域上，德克薩斯州蒸散發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Texas Evapo-Transpiration Network）項(xiàng)目是美國(guó)德克薩斯州灌溉技術(shù)中心的一個(gè)項(xiàng)目，在線為用戶提供天氣數(shù)據(jù)、當(dāng)前和平均蒸散發(fā)數(shù)據(jù)，從而為用戶提供灌溉建議。

2.澳大利亞：SEQ“智能水網(wǎng)”工程等典型案例

在歷經(jīng)2004—2007年嚴(yán)重水資源短缺危機(jī)后，澳大利亞初次提出了“智能水網(wǎng)”的概念，隨后澳大利亞發(fā)生了歷史上最大的旱災(zāi)，主要儲(chǔ)水設(shè)施的儲(chǔ)水率下降到17%，加快了“智能水網(wǎng)”工程建設(shè)的進(jìn)程，其典型案例包括SEQ“智能水網(wǎng)”工程、維多利亞“智能水網(wǎng)”和寬灣“智能水網(wǎng)”工程等。此外，2012年7月澳大利亞政府提出打算建立起全國(guó)“智能水網(wǎng)”。

SEQ“智能水網(wǎng)”工程（昆士蘭州東南部智能水網(wǎng)）于2008年開(kāi)始建設(shè)，共耗資70億美元，是自雪山水電項(xiàng)目以來(lái)澳大利亞最大的基礎(chǔ)設(shè)施。主要通過(guò)輸水管網(wǎng)把澳大利亞供水區(qū)域和缺水地區(qū)相連通，并構(gòu)建一個(gè)智能化的水資源管理平臺(tái)，通過(guò)區(qū)域綜合管理降低水資源短缺的風(fēng)險(xiǎn)并實(shí)現(xiàn)多水源的高效利用，以應(yīng)對(duì)干旱，確保長(zhǎng)期的水安全。維多利亞“智能水網(wǎng)”將東北的威米拉河與東南的吉普斯蘭河聯(lián)系在一起，目的是應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)乜赡馨l(fā)生的缺水問(wèn)題。澳大利亞寬灣自來(lái)水公司（Wide Bay Water Corporation）負(fù)責(zé)給昆士蘭州的費(fèi)沙海岸地方政府管轄范圍的供水排水，為工業(yè)用水提供回用的廢水，所涉及工業(yè)有灌溉、跑馬場(chǎng)農(nóng)業(yè)和硬木種植場(chǎng)。

3.以色列：國(guó)家水網(wǎng)工程建設(shè)實(shí)踐

以色列是世界上聞名的缺水國(guó)家，水資源格局與生產(chǎn)力布局不匹配。1953—1964年，以色列歷時(shí)11年建成全國(guó)輸水系統(tǒng)，將北部加利利湖水提水372 m，通過(guò)管道運(yùn)向沿海和南部地區(qū)，成為以色列全國(guó)統(tǒng)一調(diào)配水資源的主動(dòng)脈。以全國(guó)輸水系統(tǒng)（National Water Supply）為骨干基礎(chǔ)，配套靈敏科學(xué)的水資源調(diào)配系統(tǒng)和高效集約用水系統(tǒng)形成的國(guó)家“智能水網(wǎng)”工程，極大地改善了以色列的供水狀況。該水網(wǎng)工程系統(tǒng)框架具有五大主要特點(diǎn)：①深埋地下；②系統(tǒng)開(kāi)放；③系統(tǒng)可拓展；④技術(shù)尖端；⑤經(jīng)濟(jì)合理。主要包括水底管道和泵站等主要工程，同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)水資源科學(xué)靈敏的實(shí)時(shí)調(diào)配，工程實(shí)行水資源統(tǒng)一調(diào)配與管理，配套建有集信息采集、傳輸、儲(chǔ)存、處理、調(diào)度功能為一體的水資源統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)給出優(yōu)化的供水方案。

4.歐盟國(guó)家：“智能水網(wǎng)”技術(shù)設(shè)施

法國(guó)、西班牙和荷蘭計(jì)劃推出1100萬(wàn)個(gè)智能水表，荷蘭制定了智能電表的標(biāo)準(zhǔn)，德國(guó)埃爾丁的運(yùn)營(yíng)已經(jīng)聯(lián)手通用電氣建設(shè)水資源和能源的先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施。位于地中海意大利南面的一個(gè)島國(guó)馬耳他一直遭受水資源短缺問(wèn)題困擾，由于全球氣候變暖以及其他一些影響，馬耳他水資源短缺的問(wèn)題將更加嚴(yán)峻。因此，從2009年起，馬耳他聯(lián)合IBM發(fā)起了為期5年耗資7000萬(wàn)歐元的國(guó)民項(xiàng)目來(lái)建立國(guó)家水資源和電力系統(tǒng)方面的“智能水網(wǎng)”和先進(jìn)計(jì)量設(shè)施。

5.韓國(guó)：“智能水網(wǎng)”建設(shè)框架構(gòu)想

韓國(guó)建筑科學(xué)研究院（KICT）的專家正在致力于推進(jìn)區(qū)域化的“智能水網(wǎng)”建設(shè)。他們認(rèn)為，“智能水網(wǎng)”是面向未來(lái)的水資源管理技術(shù)，可以通過(guò)提高水資源生產(chǎn)、供給和管理效率，來(lái)解決水資源區(qū)域不平衡的問(wèn)題，要求把最新信息和通信技術(shù)與現(xiàn)有水資源管理進(jìn)行融合和整合。2011年始，KICT就開(kāi)始實(shí)施“智能水網(wǎng)”項(xiàng)目，其目標(biāo)是開(kāi)發(fā)核心技術(shù)，如水資源獲取和處理、管道網(wǎng)絡(luò)、“智能水網(wǎng)”的子網(wǎng)和微型網(wǎng)的建設(shè)和綜合管理。KICT將在建的“智能水網(wǎng)”定義為“能夠?qū)λY源和能源生產(chǎn)及其供給效率和能耗進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)監(jiān)測(cè)的智能水環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)”。他們認(rèn)為把分布式智能水資源生產(chǎn)和供給網(wǎng)絡(luò)與信息通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在能夠有效連接區(qū)域水資源和現(xiàn)有水網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)智能化。他們推進(jìn)的“智能水網(wǎng)”項(xiàng)目主要包括以下四方面研究領(lǐng)域：①通過(guò)建立先進(jìn)的水資源管理信息平臺(tái)系統(tǒng)和水資源管理設(shè)施的傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)收集管理信息，推動(dòng)水資源管理的信息管理；②建立可替代性水資源的利用和交易系統(tǒng)，促進(jìn)水資源的有效生產(chǎn)和配置；③將電網(wǎng)和“智能水網(wǎng)”連接起來(lái)，從而節(jié)約水資源生產(chǎn)過(guò)程中的能量消耗，提高水資源管理系統(tǒng)的效率；④先進(jìn)測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施（AMI）搭建了智能水賬單系統(tǒng)，防止水滲漏。主動(dòng)獲取可替代水資源，采用靈活的供水技術(shù)，是“智能水網(wǎng)”概念中的重要部分。

二、國(guó)際智能水網(wǎng)實(shí)踐的總結(jié)與啟示

總結(jié)上述國(guó)際上不同國(guó)家“智能水網(wǎng)”實(shí)踐的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，可以形成以下幾方面的基本認(rèn)識(shí)或結(jié)論：

一是“智能水網(wǎng)”的實(shí)踐探索是治水需求和信息化進(jìn)程并行發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。水網(wǎng)作為水循環(huán)調(diào)控的物理載體，是水事活動(dòng)的客觀基礎(chǔ)，因此是水利建設(shè)的主體內(nèi)容。隨著水循環(huán)系統(tǒng)日趨復(fù)雜，水循環(huán)的調(diào)控正在向著科學(xué)化和精細(xì)化感知、仿真和管理的方向發(fā)展。作為耦合水循環(huán)調(diào)控和信息化管理的綜合載體，緣起于歐洲、美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家的“智能水網(wǎng)”，反映了與社會(huì)經(jīng)濟(jì)高階發(fā)展相適應(yīng)的現(xiàn)代水務(wù)管理的發(fā)展趨勢(shì)。高速的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展一方面帶來(lái)了更加復(fù)雜的水資源供需情勢(shì)和水務(wù)管理的新難題，對(duì)供水保障能力、污染治理強(qiáng)度、災(zāi)害防控安全等級(jí)提出了新的要求，從而形成了新的水務(wù)管理體系需求；另一方面，信息化技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使水務(wù)管理中的大規(guī)模、精細(xì)化的信息采集、管理、分析乃至自動(dòng)反饋控制成為可能。正是在這樣的背景下，面向不同業(yè)務(wù)需求，各國(guó)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)分別對(duì)其水務(wù)智能化建設(shè)展開(kāi)探索，如以水資源時(shí)空調(diào)度為服務(wù)目標(biāo)，以信息化監(jiān)控決策為手段的美國(guó)、澳大利亞“智能水網(wǎng)”工程，以及法國(guó)、西班牙和荷蘭等國(guó)面向高效供水管理所推行的智能水表等。

二是”智能水網(wǎng)”是當(dāng)前水行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，這在許多國(guó)家的中長(zhǎng)期規(guī)劃中有所體現(xiàn)。在需求增長(zhǎng)和技術(shù)進(jìn)步雙重驅(qū)動(dòng)下，“智能水網(wǎng)”所代表的信息化、智能化、系統(tǒng)化的新型水務(wù)管理模式必將成為全球水利管理的典型模式，“智能水網(wǎng)”建設(shè)也因此成為當(dāng)前各國(guó)和相關(guān)機(jī)構(gòu)的戰(zhàn)略選擇。韓國(guó)政府計(jì)劃從2012年推動(dòng)大規(guī)模的 “智能水網(wǎng)”研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，澳大利亞政府也于2012年7月提出正式開(kāi)展國(guó)家層面“智能水網(wǎng)”的建設(shè)。美國(guó)也正在積極籌備成立國(guó)家“智能水網(wǎng)”委員會(huì)，從政策和體制建設(shè)角度增強(qiáng)其國(guó)家水務(wù)管理的決策能力。水務(wù)智能化革新的戰(zhàn)略性地位決定了在今后一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，“智能水網(wǎng)”必將提振水利建設(shè)領(lǐng)域的一個(gè)新的市場(chǎng)，從而催生水利行業(yè)的新型產(chǎn)業(yè)模式。

三是“智能水網(wǎng)”的應(yīng)用正從水資源調(diào)配與管理領(lǐng)域向外不斷拓展，逐步演變成為現(xiàn)代水務(wù)的綜合性載體?？v觀各國(guó)“智能水網(wǎng)”的發(fā)展歷程，其啟動(dòng)初衷多為通過(guò)水資源系統(tǒng)調(diào)配解決區(qū)域缺水問(wèn)題，但隨著“智能水網(wǎng)”理念及系統(tǒng)性信息化建設(shè)的展開(kāi)，“智能水網(wǎng)”管理體系模式逐漸展現(xiàn)出其在水資源調(diào)配、供水、水資源管理、水處理、水環(huán)境保護(hù)等多方面業(yè)務(wù)中的強(qiáng)大能力和優(yōu)勢(shì)，從而奠定了“智能水網(wǎng)”新一代水資源管理系統(tǒng)的地位。“智能水網(wǎng)”也是一個(gè)面向未來(lái)的水管理技術(shù)，它通過(guò)有效地生產(chǎn)、供應(yīng)和管理各種水資源可以解決區(qū)域水資源的不平衡。當(dāng)前以美國(guó)、澳大利亞和一些歐洲國(guó)家為代表，全球眾多面向不同業(yè)務(wù)平臺(tái)類型的“智能水網(wǎng)”系統(tǒng)正在建設(shè)中。

四是“智能水網(wǎng)”是現(xiàn)代信息技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)與水技術(shù)的集成系統(tǒng)，信息化、自動(dòng)化和輔助決策是其共性特征。歸納當(dāng)前國(guó)際領(lǐng)域內(nèi)“智能水網(wǎng)”建設(shè)的內(nèi)容和方向，可大體描述為通過(guò)實(shí)現(xiàn)水資源生產(chǎn)、運(yùn)輸及中水處理回用等水資源配置各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化升級(jí)從而提高水資源管理水平。其具體建設(shè)領(lǐng)域主要可歸納為以下幾類：①提高水產(chǎn)品生產(chǎn)和水處理的效率；②減少成本費(fèi)用及能耗；③維護(hù)水資源設(shè)施，保護(hù)水資源系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展；④緩解水資源區(qū)域不平衡；⑤保證飲用水安全；⑥把國(guó)內(nèi)外水資源開(kāi)發(fā)利用的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于水資源管理；⑦解決水資源的多目標(biāo)復(fù)雜性。盡管當(dāng)前世界各國(guó)及不同技術(shù)機(jī)構(gòu)紛紛提出了具有自身特色的”智能水網(wǎng)”建設(shè)方案和建設(shè)目標(biāo)，但從總體上看其對(duì)系統(tǒng)智能性特征的描述均主要集中體現(xiàn)在高覆蓋率信息采集—傳輸—分析體系、無(wú)人值守的自動(dòng)化設(shè)備體系以及建立在復(fù)雜數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)基礎(chǔ)上的決策支持體系。

五是當(dāng)前國(guó)際上 “智能水網(wǎng)”的實(shí)踐目前還處于具體水問(wèn)題的解決策略層面，尚沒(méi)有形成頂層設(shè)計(jì)框架和系統(tǒng)性的學(xué)術(shù)成果。通過(guò)對(duì)“智能水網(wǎng)”國(guó)際發(fā)展情況的調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前各國(guó)和各相關(guān)機(jī)構(gòu)已開(kāi)展的“智能水網(wǎng)”建設(shè)多集中于水資源調(diào)度、城市供水、水污染治理，水生態(tài)保護(hù)等單一業(yè)務(wù)系統(tǒng)的智能化升級(jí)，對(duì)具體的水問(wèn)題提供業(yè)務(wù)系統(tǒng)層級(jí)的信息化、智能化解決方案，尚未形成具有整體視野的系統(tǒng)性建設(shè)框架和頂層設(shè)計(jì)。在國(guó)際文獻(xiàn)調(diào)研中也尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于“智能水網(wǎng)”整體體系建設(shè)理論的成形科研成果。進(jìn)行“智能水網(wǎng)”頂層設(shè)計(jì)，優(yōu)化面向涉水事務(wù)一體化管理體系的“智能水網(wǎng)”建設(shè)框架方案，是全球領(lǐng)域內(nèi)水務(wù)智慧化發(fā)展道路上亟待解決的綱領(lǐng)性戰(zhàn)略問(wèn)題，也是當(dāng)前各國(guó)水務(wù)建設(shè)的主要突破方向。

[1]Queensland Government.South East Queensland Regional Plan 2009—2031[R].Australia：The State of Queensland(Queensland Department of Infrastructure and Planning)，2009.

[2]Asia Pacific’s sustainable business community, Southeast Queensland’s smart water grid attracts international attention.[EB/OL].http://www.eco-business.com/news/southeast-queenslands-smartwater-grid-attracts-international-attention/.

[3]National Health and Medical Research Council.Australian Drinking Water Guidelines[M].Australia：National Health and Medical Research Council，2011.

[4]Carol Brzozowski.The “Smart” Water Grid:A new way to describe the relationship between technology,resource management,and sustainable water infrastructures[J].Water Efficiency,2011,6（5）.