引言

传统上，水资源管理依赖于水利工程结构，例如水坝、水库和灌溉系统，这些结构对于农业、防洪和城市供水至关重要。然而，气候变化和日益增长的用水需求等挑战，需要更高效和可持续的做法，物联网、人工智能和GIS等数字技术的出现，为增强传统方法提供了新工具。依据2023年中国智慧水利市场分析报告，我国水利投资目前已突破一万亿大关，但信息化投资比重1.4%左右，处在较低的水平。因此，文章主要探索了传统水利工程与现代数字化技术融合以及发展趋势，了解这些动态对于推进水资源保护和资源管理至关重要。

1 基本概述

1.1 传统水利工程

传统水利工程，包括各种用于有效管理水资源的结构和系统，关键组成部分包括水坝、水库和灌溉系统，每个组成部分都有各自不同但相互关联的用途。水坝是传统水利工程中最具代表性的建筑之一，建在河流上形成水库，储存水用于各种用途，包括饮用水供应、灌溉和水力发电，水坝建设的主要作用是控制水流，利用其潜力造福人类，同时减轻洪水风险。水库是通过筑坝拦住河流或其他水道，形成的大型蓄水池，在水资源管理中发挥着至关重要的作用，可以调节河流流量，在雨季储存多余的水，在旱季释放多余的水。灌溉系统是将水输送到农田的渠道、沟渠和管道网络，传统的灌溉技术，例如漫灌和沟灌，依靠重力将水资源分配到田地中^[1]。

传统水利工程是水利管理和农业的基础，满足了可靠供水和有效防洪的迫切需求。在农业领域，传统水利工程的重要性怎么强调也不为过。灌溉系统确保农作物获得生长所需的水，尤其是在降雨不足或不规律的地区。通过提供稳定且可控的水源，有助于稳定农业产量、降低作物歉收风险，并提高土地生产力，从而支持了粮食安全并促进农民生计。防洪是传统水利工程的一个重要方面应用，水坝和水库能够调节河流流量，防止洪水对村庄和农田造成破坏性影响，通过管理洪水，这些设施可以保护生命、减少经济损失，并维护生态系统的完整性。此外，传统的水利工程也为城市供水系统做出了贡献，水库储存的水经过处理后，可分配给城市居民，确保饮用水、卫生用水和工业用水的稳定安全供应。

1.2 现代数字化技术

现代数字化技术涵盖了广泛的工具和创新，利用计算、数据分析和网络连接方面的进步，有助于增强各个领域，包括水资源管理。关键的现代数字化技术包括：（1）物联网，是指通信和交换数据的互连设备网络。在水资源管理中，物联网涉及传感器，可以实时监测水质、流量和水位等参数，为高效的资源管理提供关键数据。（2）人工智能（AI），涉及机器学习算法和高级数据处理功能，使系统能够分析大量数据、做出预测，并自动化决策过程。在水管理中，人工智能有助于预测用水需求、优化资源分配，并在潜在系统故障发生之前识别它们。（3）大数据分析，是指检查大型复杂数据集，从而发现模式、相关性和趋势的过程。在水资源方面，大数据可用于分析历史和实时数据，改善预测、管理水分配，并发现效率低下之处。（4）遥感技术，利用卫星、无人机和其他机载技术，收集地球表面的数据。该技术提供有关水体、土壤湿度和土地利用变化的宝贵信息，这些信息对于管理水资源至关重要。（5）地理信息系统（GIS），这是捕获、存储、操作、分析、管理和呈现空间或地理数据的工具，对于绘制水资源图、规划基础设施和进行环境影响评估至关重要^[2]。

现代数字化技术通过提高与水有关的活动的效率、准确性和可持续性，改变了水资源管理工作。部署在水体、管道和灌溉系统中的物联网传感器，能够提供有关水质、水位和用水量的实时数据，依据这些信息可以快速响应泄漏、污染或过度使用等问题，确保对水资源进行最佳管理（图1所示）。人工智能和机器学习算法，可以分析历史数据和当前情况，预测未来的用水需求、天气模式和潜在的系统故障，这种预测能力有助于规划和实施主动措施，降低缺水和基础设施故障的风险。大数据分析可以全面分析用水模式，帮助发现效率低下和需要改进的地方，例如，数据驱动的洞察力可以优化灌溉计划和方法，减少水资源浪费并提高农作物产量。基于卫星和无人机的遥感技术，可提供有关水体、土壤湿度和土地利用的详细最新信息，这些数据对于评估水资源可用性、规划灌溉和管理流域至关重要。GIS 技术有助于绘制水资源地图、规划新基础设施和进行环境影响评估，通过可视化空间数据，就可以做出明智的决策，决定在哪里建造新设施、如何管理现有资源，以及如何减轻环境影响。

图1 数字化水库管理

2 传统水利工程与现代数字化技术的融合分析

2.1 通过融合加强水资源管理

传统水利工程与现代化数字技术的融合具有诸多优势，能够提高水资源管理的效率、可持续性和弹性。这种融合充分利用了两种方法的优势，从而形成了一个更强大、适应性更强的系统。主要体现在：（1）提高效率和精度。传统的水利工程中，主要使用水坝和灌溉系统，长期历史证明对于水资源管理是有效的，然而缺乏实现最佳性能所需的精度。物联网传感器和人工智能算法等现代数字技术，提供了实时数据和预测见解，可以显著提高水利工程系统的效率。例如，物联网传感器可以实时监测水位、质量和流速，从而更精确地控制和分配水资源。人工智能算法可以分析这些数据以预测用水需求，并优化灌溉计划，减少水浪费，确保农作物在正确的时间获得适量的水^[3]。（2）改善决策。传统的水资源管理实践，通常基于历史知识和经验观察，虽然这种方法很有价值，但受到数据可用性和准确性的限制。数字技术提供了全面和最新的信息，可以增强决策过程。例如，大数据分析可以分析大量历史和实时数据，识别模式和趋势，为水资源管理提供宝贵的见解，通过这种数据驱动的方法，有助于做出更明智和有效的决策，从而改善水资源的整体管理。（3）节约成本和提高运营效率。通过将传统工程与现代数字技术相结合，水管理系统可以实现显著的成本节约和运营效率。数字技术可以实现水管理的许多方面的自动化，减少对人工的需求，并最大限度地减少人为错误。例如，自动灌溉系统可以根据实时数据调整水分配，减少用水量并降低运营成本。此外，人工智能支持的预测性维护，可以在潜在问题变成重大问题之前识别它们，从而降低维修成本，并延长基础设施的使用寿命。（4）增强复原力和可持续性。传统方法与数字方法的结合，可以增强水管理系统的复原力和可持续性。水坝和水库等传统水力设施，在管理水资源和减轻洪水和干旱影响方面发挥着至关重要的作用。数字技术可以通过提供实时监控和预测分析来补充这些设施，从而能够根据不断变化的情况采取主动措施。例如，人工智能算法可以预测干旱或洪水发生的可能性，从而及时采取干预措施以减轻其影响。遥感技术可以监测土地利用变化和环境条件，有助于确保水资源的可持续管理。

2.2 挑战与障碍

传统水利工程与现代数字化技术的融合，尽管有诸多好处，也带来了一些必须解决的挑战和障碍。主要包括：（1）技术挑战。传统水利工程结构的设计和建造没有考虑现代数字技术，这使得改造和集成变得困难。此外，不同数字系统的互操作性可能是一个挑战，因为不同的技术和平台可能彼此不兼容。确保无缝集成，需要大量的专业知识技能，以及对基础设施升级的投资。（2）财务和资源限制。实施现代数字技术的成本比较高，购买和安装物联网传感器、人工智能系统和其他数字技术所需的初始投资，对于某些地区来说可能是难以承受的，与维护、数据管理和员工培训相关的持续成本也可能很高。（3）抵制变革和缺乏专业技术。农民、水资源管理者和其他利益相关者，可能由于缺乏熟悉和了解而不愿采用新技术，他们也缺乏实施和管理数字化技术所需的专业技能。培训和能力建设举措，对于克服这种阻力并确保利益相关者具备必要的知识技能至关重要。（4）环境和社会影响。例如，安装物联网传感器和其他数字基础设施，需要对现有水系统进行重大改造，这可能会破坏生态系统和影响地区发展。此外，数字技术的使用增加，可能会引发人们对工作流失和对传统生计影响的担忧。确保整合过程在环境上可持续，并且在社会上具有包容性，对于减轻这些影响至关重要^[4]。

3. 未来趋势和机遇

3.1 通过融合促进节水

传统水利工程与现代数字技术的融合，有望彻底改变水资源保护工作，通过结合两种方法的优势，可以实现效率、可持续性和水资源管理的重大进步。（1）提高用水效率。融合最显著的影响之一，就是大幅度提高用水效率。传统的灌溉系统虽然有效，但往往存在水分蒸发和径流等低效问题。物联网传感器和人工智能驱动的分析等现代技术，可以根据土壤水分水平和天气状况的实时数据，精确控制灌溉计划，从而优化水分配，这可确保农作物获得所需的准确水量，最大限度地减少浪费，提高效率。（2）泄漏检测和修复。由于供水系统泄漏而造成的水资源损失，是需要面临的一个重大问题。物联网传感器和先进的监控系统，可以实时检测泄漏，以便及时进行修复，这不仅可以节约用水，还可以降低与水资源损失相关的成本。在传统供水网络中实施此类技术，可以大幅度节约用水，并提高系统可靠性^[5]。（3）需求管理的预测分析。人工智能和机器学习算法可以分析历史和实时数据，更准确地预测未来的用水需求，这种能力对于有效管理水资源至关重要，尤其是在容易发生干旱的地区。通过预测需求，可以在高峰使用期间采取措施节约用水，并确保供水满足需求，不会造成不必要的资源消耗。（4）公众宣传和参与。数字技术还具有吸引和教育公众节约用水的潜力。移动应用程序和在线平台，可以为用户提供用水的实时数据，鼓励更负责任的消费行为。利用数字媒体的公众宣传活动，可以传播节水实践信息，进一步促进节约用水工作。

3.2 技术进步推动不断融合

多项技术进步正在推动传统水利工程与现代数字化技术的不断融合，为促进创新和效率提升创造新的机遇。主要体现在：（1）传感器技术的进步。现代物联网传感器越来越便宜、可靠，并且能够高精度地测量各种参数。传感器可以部署在水基础设施的各个部分，监测从水质到流速和压力水平的一切。收集的数据可用于优化运营和维护，确保水系统更高效地运行。（2）人工智能和机器学习。复杂的人工智能和机器学习算法的发展，正在改变水资源管理，这些技术可以分析大型数据集，从而识别模式并做出准确预测。例如，人工智能可以预测用水需求、预测设备故障，并优化灌溉计划，所有这些都有助于更有效地利用和节约用水。（3）遥感和GIS。遥感技术（包括卫星图像和无人机勘测），提供了有关水资源和土地利用的宝贵数据。GIS平台可以将这些数据与其他信息整合在一起，创建详细的地图和模型，从而帮助进行资源规划和管理。这些工具使水资源管理者能够监测水体的变化、评估土地利用对水资源的影响，并更有效地规划基础设施项目。（4）云计算和大数据。云计算提供了存储和处理物联网传感器及其他数字技术生成的大量数据所需的基础设施，然后可以将大数据分析应用于这些数据以提取有意义的见解，从而推动明智的决策。云平台的可扩展性和灵活性，确保能够处理大型数据集和复杂分析，从而支持更有效的资源管理。（5）区块链技术。区块链通过创建不可篡改的水交易和使用记录，提供了一种透明、安全的水资源管理方式，该技术可用于追踪水权、监测使用情况，并确保遵守法规。区块链还可以促进水交易，用户可以在透明、高效的市场中买卖水资源，从而开展更可持续的用水实践。

结语

总之，将传统水利工程与现代数字化技术相结合，为水资源管理带来变革性潜力。通过利用数字工具的精确性和预测能力，以及传统方法的成熟效果，可以实现更高效、可持续和更具弹性的水系统。利用这种协同作用，是确保可持续水资源管理、支持农业生产力和增强气候适应能力的关键。

参考文献：

[1]马立辉.提升水政水资源管理工作的措施[J].农业科技与信息，2020(03):95-96.

[2]刘军.水利工程数字化技术的应用与发展[J].中国水利，2020(05):21-25.

[3]王勇.数字化技术在水利工程中的应用现状及前景展望[J].水利科技，2020(02):51-52.

[4]王丽霞.信息化技术在水利工程施工管理中的应用探究[J].城市建设理论研究，2022(03):19-21.

[5]张雪竹.水资源管理中水利信息化技术应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2022(08):127-129.