葉曉劼

（浙江省錢塘江流域中心，浙江杭州 310000）

0 引言

水資源具有時空分布不均的特征，再加之人們過去未意識到科學(xué)用水的重要性，對各地的水資源進行了長期的不合理開發(fā)，使得水資源污染較為嚴重，許多地區(qū)的水資源面臨枯竭的問題，也讓各部門用水矛盾變得更為緊張。若想將以上問題有效解決，就必須研究新式、合理的水資源管理方法，讓水資源獲得更為可靠的使用。因為傳統(tǒng)管理方式無法滿足以上需求，因此可嘗試對水資源實施數(shù)字化管理，而這同時也是當(dāng)前水資源領(lǐng)域中的一個重要研究課題。

1 水資源領(lǐng)域主要運用的數(shù)字化信息技術(shù)

1.1 RS 技術(shù)

RS 技術(shù)是一種遙感技術(shù)，也屬于數(shù)字化技術(shù)范疇，一般運用于旱情監(jiān)察、水質(zhì)評估、洪澇防控等多個方面。RS 技術(shù)能夠讓水資源管理效果遠超人工模式，因此，也在水資源領(lǐng)域獲得了廣泛的運用。RS 技術(shù)采集到的信息數(shù)據(jù)相對較多，還能做到對信息的合理分類與整理。在開展水資源研究工作期間，可適當(dāng)運用RS 技術(shù)，不過不得太過依賴此項技術(shù)。在實際工作中，可采取將RS 技術(shù)與勘測技術(shù)聯(lián)合的方式，通過人工補足RS 技術(shù)的短板，此種優(yōu)缺點互補的方式，能夠給水資源的研究、管理、保護工作提供更為詳細、完整的數(shù)據(jù)資源支持[1]。

1.2 GIS 技術(shù)

GIS 地理信息體系是在電腦軟硬件的大力支持下，創(chuàng)建形成的空間式信息機制，主要是利用GIS 技術(shù)對地球表層地理分布狀況進行全方位的觀測，再把采集獲取的信息資源加以運算、整理、分析。將GIS 技術(shù)運用到水資源管理工作之中，能讓相關(guān)管理系統(tǒng)更加完善，還能提供更加高效的水資源數(shù)據(jù)查詢服務(wù)功能，再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實時觀察降水與洪峰流量和水資源相關(guān)的要素，為防洪抗災(zāi)工作的順利開展提供重要依據(jù)。

1.3 GPS 技術(shù)

此技術(shù)具有精確度高、自動化水平高的特征，也是全球衛(wèi)星定位中的一種系統(tǒng)，因此，在水資源管理工作中得到了廣泛的使用。將GPS 技術(shù)靈活運用到水資源行業(yè)，有利于水利信息空間位置的獲取與精準定位，還可精準測量出地形、地貌等信息。目前，此技術(shù)一般運用于水下地形測量、防汛抗災(zāi)方面，能夠為確定災(zāi)害事故發(fā)生的具體位置、進行災(zāi)后救援工作提供一定支持。

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)管系統(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

在目前的發(fā)展形勢下，水利行政主管部門利用數(shù)字化技術(shù)建立具備動態(tài)檢測、遠程監(jiān)管功能的水資源監(jiān)管系統(tǒng)，以此提高水資源管理工作的自動化、智能化程度。在遠程監(jiān)管系統(tǒng)的規(guī)劃、建立過程中，需要聯(lián)合應(yīng)用傳感器、自動化控制、計算機、視頻通信、數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，創(chuàng)建具有多元化功能、可靠性能的管理系統(tǒng)，從源頭上變更傳統(tǒng)管理方式，提升水資源管理工作的質(zhì)量和效率[2]。

利用以上新式技術(shù)，構(gòu)建水資源監(jiān)管系統(tǒng)時還應(yīng)當(dāng)遵從有關(guān)原則。例如，基于數(shù)字化技術(shù)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有較強的實用性。在進行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)、計算機、技術(shù)資源、水資源管理狀況以及發(fā)展需要，因地制宜地對各大平臺已建成的系統(tǒng)進行融合，研發(fā)出能充分滿足目前水資源管理要求的數(shù)字化、遠程化監(jiān)管系統(tǒng)，保證系統(tǒng)具有較強的實用價值。此外，所建設(shè)的水資源監(jiān)管系統(tǒng)還必須滿足統(tǒng)一性、系統(tǒng)性標準。在進行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和創(chuàng)建的過程中，應(yīng)當(dāng)將數(shù)據(jù)接口定義和傳輸格式做到標準化，保證系統(tǒng)可以適應(yīng)多類場合、場景。

2.1.2 數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

利用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建水資源監(jiān)管系統(tǒng)的過程中，應(yīng)當(dāng)按照管轄范圍內(nèi)的水資源現(xiàn)況選擇合適的系統(tǒng)架構(gòu)，合理建設(shè)系統(tǒng)框架。例如，在遠程監(jiān)管系統(tǒng)中一定要涵蓋引水狀態(tài)監(jiān)管、視頻監(jiān)控、閘門遠程操控系統(tǒng)等。而且，監(jiān)管系統(tǒng)內(nèi)也要包括遠程監(jiān)督控制元件、視頻控制元件和服務(wù)器、計算機廣域網(wǎng)運行軟件等工具，要確保最終建立的遠程監(jiān)管系統(tǒng)具有完善的遠程監(jiān)督、控制和檢測功能。

2.1.3 數(shù)字化系統(tǒng)功能及應(yīng)用

服務(wù)于水資源管理工作的數(shù)字源遠程監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備水位監(jiān)督測量功能。在對系統(tǒng)進行規(guī)劃設(shè)計和實際使用時，應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)內(nèi)引入超聲波水位傳感裝置，利用此裝置監(jiān)督水位在各時期的狀況，讓管理人員能夠及時獲取水位數(shù)據(jù)。另外，系統(tǒng)還需具有視頻監(jiān)控功能。有關(guān)單位部門與工作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際需求，從系統(tǒng)內(nèi)引進視頻監(jiān)視裝置，安裝高清彩色攝像頭、控制編譯解碼器、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、云臺等，讓系統(tǒng)可以全天候監(jiān)測水資源變化狀況，采集水資源變化信息，同時接收有關(guān)操控、管控指令，以此實現(xiàn)系統(tǒng)對水資源的動態(tài)、實時性管控[3]。

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引入數(shù)字化技術(shù)，要求管理部門先明確水資源保護目的、工作內(nèi)容、指標規(guī)定、重難點等，還要規(guī)劃好水資源保護工作的實施流程。在完成以上工作的基礎(chǔ)上，再開展數(shù)字化設(shè)計鞏固工作。應(yīng)當(dāng)按照實際要求創(chuàng)建水資源數(shù)據(jù)庫，同時對流域中的通信網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化，再有序創(chuàng)建出一個以流域為核心的智能、自動、數(shù)字化水資源保護管理體系。利用數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)建水資源管理機制，促進相關(guān)管理工作的高效落實，應(yīng)當(dāng)合理運用現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，提升水資源管理的信息化程度，帶動水資源管理工作朝著更為先進的方向邁進。

2.2.2 建設(shè)數(shù)字化水資源管理機制

不同流域中的水資源管理單位并非為統(tǒng)一的管理實體，是由我國水利部門、生態(tài)環(huán)境部、當(dāng)?shù)卣纫煌M建的，是綜合性強、復(fù)雜程度高的職能組織。在信息時代下，每一流域的管理單位都應(yīng)當(dāng)積極引進數(shù)字化技術(shù)，將此技術(shù)的功能、作用更充分地發(fā)揮出來，以此實現(xiàn)對水資源管理體系的改進，創(chuàng)建以流域中全體水利行政主管部門為核心的網(wǎng)絡(luò)信息化管理機制。為了將水資源管理工作更為高效地落實，以數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的水資源管理機制需要包括作業(yè)支持層，主要是由技術(shù)人員負責(zé)操作，在此方面創(chuàng)建數(shù)字化信息自動收集系統(tǒng)，再用此系統(tǒng)輔助每位技術(shù)人員更加高效地進行數(shù)據(jù)收集、水位測量、水環(huán)境監(jiān)管等各方面工作[4]。另外，還要用到輔助管理工作實施決策的支持系統(tǒng)（如MIS）、用來支撐管理機制單元自動化決策的信息系統(tǒng)（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）。

2.3 開發(fā)GIS 模塊

GIS 地理信息系統(tǒng)是通過對電腦軟件的應(yīng)用構(gòu)建空間型信息體系，在利用GIS 技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以對地球表層的地理分布狀況進行實時、全面的觀測，再把收集到的信息加以計算、整合、存儲。系統(tǒng)中包含的各類終端GIS 模塊具備可視化呈現(xiàn)、檢索定位、分析評估等多項功能，由此就能為不同客戶端提供個性化服務(wù)。例如，百度地圖所提供的基礎(chǔ)電子地圖就具備GIS 功能，地圖的API 與水資源管理工作要求相結(jié)合，實現(xiàn)GIS 功能的規(guī)劃設(shè)計，創(chuàng)建WebGIS 和移動手機軟件模塊的GIS 功能。另外，還能根據(jù)水資源管理需求提供相應(yīng)的增值服務(wù)，創(chuàng)建本地數(shù)據(jù)管理庫。如查找本地數(shù)據(jù)庫內(nèi)的取水戶、排污口、水質(zhì)監(jiān)測斷面、涉水系統(tǒng)等業(yè)務(wù)信息，再聯(lián)合百度的空間圖層，構(gòu)成一個特殊性的GIS 增值服務(wù)體系。以NASA World Wind 開源代碼為基礎(chǔ)構(gòu)建的三維數(shù)字地球體系，具備更加完善的信息共享功能，確保信息傳輸具有更強的及時性、更強的拓展性，能應(yīng)用于更多的平臺，減少了系統(tǒng)開發(fā)的成本，同時還能節(jié)省基礎(chǔ)地理信息、遙感信息更新方面的成本。

2.4 水資源管理信息化水質(zhì)與旱情監(jiān)測系統(tǒng)

對于水資源管理系統(tǒng)之中的農(nóng)業(yè)灌溉、旱情監(jiān)測等功能，可直接在灌溉區(qū)域設(shè)置一個監(jiān)測斷面，基于對斷面的精準檢測，能夠顯著提升灌溉區(qū)域水質(zhì)監(jiān)測工作的準確性和時效性。如果發(fā)現(xiàn)水資源中存在污染物質(zhì)，就要利用數(shù)字化水資源技術(shù)，模擬污染物質(zhì)擴散的具體路徑，從而預(yù)估污染物的擴散范圍，全方位提升污染物處理水平和水資源保護效果。此系統(tǒng)還能根據(jù)降雨條件、土壤狀態(tài)、氣候因素等相關(guān)信息實現(xiàn)旱情的準確預(yù)測。在旱情監(jiān)測工作中引入數(shù)字化技術(shù)，能夠更加精準地掌握水資源管轄范圍的實際情況，從而明確目標區(qū)域是否存在旱情，還可利用GPS 系統(tǒng)對出現(xiàn)旱情的區(qū)域加以鎖定[5]。

3 數(shù)字化技術(shù)在水資源管理中的應(yīng)用成效

錢塘江屬于浙江省的第一大河流，橫跨了浙江、安徽、江西、福建、上海5 個省、直轄市，流域面積達55558km2，而其中有86.5%分布在浙江省內(nèi)，占據(jù)整個浙江省總面積的47.2%。為了能對錢塘江河口水資源進行科學(xué)合理的開發(fā)與利用，保障錢塘江河口生態(tài)環(huán)境的平衡，帶動環(huán)杭州灣區(qū)域經(jīng)濟事業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，基于省委、省政府要求，省水利廳聯(lián)合相關(guān)部門自2002 年11 月份開始，組織實施有關(guān)調(diào)研以及水資源規(guī)劃利用工作。將數(shù)字化技術(shù)運用到錢塘江河口水資源管理工作中，歷經(jīng)數(shù)年的使用之后，總體看來成果斐然，水資源的配置工作更加科學(xué)合理，而且農(nóng)業(yè)方面的用水成本大幅減少，生態(tài)環(huán)境問題得到了持續(xù)性改進，帶來了較大的社會、經(jīng)濟以及生態(tài)方面的效益。

3.1 社會效益

超聲波水表的使用讓用水客戶更加清楚明白地了解水的應(yīng)用情況，以此達成了少用水、少花費、減少用水成本的目標；農(nóng)業(yè)用水協(xié)會按照農(nóng)作物的生長特征合理規(guī)劃用水方案，減少總體用水量，提高了用水事務(wù)的公開透明性，避免了水事糾紛的出現(xiàn)，提升了基層村社組織的公信力，減少了村社管理人員的工作壓力和工作實施難度，也為當(dāng)?shù)馗咝в盟?、高度?jié)水、農(nóng)戶增收奠定了堅實的水利基礎(chǔ)，更有利于推動社會主義新農(nóng)村建設(shè)工作的良好實施。

3.2 經(jīng)濟效益

將河口地區(qū)機井完成數(shù)字化改造以后，開展水量統(tǒng)計、自動調(diào)控、分級分層管控工作，用水客戶的計量管理工作得到了更有效的優(yōu)化，提高了農(nóng)業(yè)用水協(xié)會的自主管控水平，同時也要投入更多精力參加河口地區(qū)的用水管理工作，以此緩解水資源浪費的問題。隨著農(nóng)業(yè)種植規(guī)模的持續(xù)擴大，河口地區(qū)針對當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物種植情況展開了詳細的調(diào)查，當(dāng)?shù)丶蟹N植低耗水、高收益作物的比例呈現(xiàn)每年增加的趨勢，降低了用水量，提高了水資源的利用率。河口地區(qū)從原本的大水漫灌、管灌逐漸改變成滴灌，有效減少了對地下水的開發(fā)使用，更減少了灌水耗時、人工資源的投入以及工作量，提升了農(nóng)作物的總產(chǎn)量，帶來了更高的經(jīng)濟收益。

3.3 生態(tài)效益

伴隨水資源利用效率的不斷提升，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境水平也獲得了顯著的優(yōu)化，新型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)正慢慢形成，發(fā)揮出了調(diào)節(jié)氣候、緩和風(fēng)速、改良空氣質(zhì)量、減少干熱風(fēng)、美化自然環(huán)境、保障生物多樣性等多方面的生態(tài)防護功能，提升了抵抗自然災(zāi)害的能力，也為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的穩(wěn)產(chǎn)增收提供了良好條件。

4 結(jié)語

把數(shù)字化技術(shù)運用到水資源管理之中，可以顯著提升水資源管理質(zhì)量，還可加強對水資源的科學(xué)開發(fā)和高效利用。伴隨數(shù)字化技術(shù)的日益成熟，其未來必定會在水資源管理中起到更重要的作用，為水資源管理中的信息采集、日常管控、合理決策等提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，由此創(chuàng)建形成更加健全的水資源決策支持體系，推動水資源管理能力的持續(xù)提升。