水联网开启智慧节水新模式

• 清华大学  王 忠静教授

• 当前，我国灌区水资源利用和管理还存在哪些问题？

王忠静：   我国灌区量大面广，有效灌溉面积已由1949年的2.4亿亩发展到2021年的10.37亿亩。灌区生产了全国75%的粮食和90%以上的经济作物，灌区的管理和发展与国家粮食安全、生态安全、水安全紧密相关。尤其是万亩以上的大中型灌区，其耕地面积占全国总耕地面积的26.3%，生产了全国50%的粮食，是保障国家粮食安全的压舱石。

根据相关调查，目前我国大中型灌区的工程完好率、人员经费落实率、维修养护经费落实率都较高，但管理效率却较低。每万亩灌区专管人员是4.5人，而加拿大西部灌区每万亩灌区专管人员是0.18人，澳大利亚墨累-达令河流域部分灌区每万亩灌区专管人员是0.1人。此外，我国灌区还存在缺水和用水方式粗放长期并存的问题，大中型灌区渠系水利用系数仅为0.568，发达国家灌区渠系水利用系数可以达到0.7～0.8。

• 我国大中型灌区未来的发展方向是什么？

王忠静：   目前，我国大中型灌区需要提高水资源利用效能。相关研究表明，提高我国大中型灌区水资源利用效能的发展方向有五个： 一是 调蓄水量，降低时间不均衡性，保障用水安全； 二是 推进灌排系统水网连通，保障供水通道的畅通； 三是 推进灌区的高效管理、运行有序、维护及时； 四是 水尽其用，适时适量减少浪费； 五是 打造生态友好型灌区，降低负面的环境影响。其中，使灌区“供水恰到好处地满足需水”，是节约用水、提高效率的优先方向，其根本途径是对灌区水资源系统进行全局风险控制与效益优化。因此，提高对灌区内水的感知程度、跟踪精度、配送适度和分析准度是关键。

需要注意的是，高效管水的前提是精准感知水、实时采集水数据。水流不同于其他物品，水资源系统更加复杂、更具不确定性。有关数据显示，我国用水在线监测量只达到总用水量的50%左右。目前，我国灌区配水有管道输水和明渠输水两种方式。若依托管道输水，实现其智能控制相对简单，实践应用已经较多。但在河湖生态监测等场景中的难度较大，前端传感器等硬件设备的精准度、可靠性还不够高。要实现全域建成“实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理”的水联网，还有很长的路要走。

• 目前，我国智慧灌区建设存在哪些痛点？应如何 解决？

王忠静：   2022年，水利部提出建设数字孪生灌区，吹响了智慧灌区建设的号角。目前，数字孪生灌区建设取得了一定的进展，但也存在灌区风险识别与控制不足、水资源调度和生产链条不连续、水利信息化理论体系缺失等痛点。

以云计算和云服务为支撑的水联网，可实现对流域内自然与社会水循环的实时监测和动态预测，为水资源的优化调度和高效利用提供支撑。因此， 可考虑通过建设基于数字孪生的水联网现代化灌区来解决以上痛点。

水联网的概念来源于物联网，水联网就是把水流视作物流去管理。其基本原理是通过各种分布式的信息采集、传感设备，实时获得水流的量、质数据，依托互联网平台进行数据通信和信息交换，实现对水资源的实时感知、过程跟踪、模拟预测、优化调度等管理动作。

目前，以数字孪生为核心的水联网技术在宁夏进行了应用，秦汉渠和西干渠两个灌区已建成智慧灌区，且实现了无人值守的远程智能化管理。从初步监测数据来看，依靠水联网等科技手段是可以提高灌区水资源的精细配送和高效管理水平的，目前依靠管理可节水6%。

此外，可考虑推动企业参与到基于数字孪生的水联网现代化灌区技术的推广中来，可用开放许可的方式将技术授权给从事数字孪生灌区系统建设和升级改造的企事业单位使用，共建低碳、经济、生态、精量、智能的现代化灌区。

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