【IT168 专稿】

    2009年，在中国紧急应对经济危机之时，中国的水资源危机也在加深。

    自古以来，中国都是一个严重缺水的国家。历史上，因为严重旱情带来生存危机最终导致人口迁移的例子不只一个、两个的。从数据上，我国有世界最大的淡水湖－洞庭湖，有世界第二的内陆河－长江，我国的淡水资源总量在28000亿立方米，占全球水资源的6％，这一数字仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，位居第四。但是，我们有13亿多人口，而且根据预测，我国人口总数将在达到15亿的峰值后才会开始回落。因此，按照目前的人口总数，我们人均拥有淡水资源约大于2000立方米，仅为世界平均水平的1/4，美国的1/5，在世界上排名大约120位。

    在水资源短缺的长期问题之外，随着经济发展初期的粗放式、盲动式扩张，又一个新的、而且更加严重的问题凸现－污染问题。这个由发展而生的问题不仅悄然渗入人们生存的方方面面并带来致命的影响，而且开始显现其越来越阻碍经济发展的本色。根据统计数据，环境污染使中国的发展成本比世界平均水平高出6％左右，环境污染和生态破坏造成的损失约占GDP的15％左右。2006年中国首次发布《中国绿色国民经济核算研究报告2004》中指出：仅2004年全国因环境污染造成的经济损失为5118亿元，占当年GDP的3.05％。如果在现有的治理技术水平下全部处理2004年排放到环境中的污染物，需要一次性直接投资约为10800亿元，占当年GDP的6.8％左右。同时每年还需另外花费治理运行成本2874亿元，占当年GDP的1.80％。

    湖泊干涸、河道断流、雪线上升、地下水位下降……水资源总量越来越少。生活污水、工业废水、河流污染、海洋污染……可用水资源更是少之又少。生活用水、工业用水……一边是有限的可利用水资源，一边却是不断发展的人类社会，不断增长的人口数量，有限的水资源入不敷出，水资源危机无可回避。水成为经济社会可持续发展的"心腹大患"。

    古话云：水能载舟也能覆舟。如何让水载着中国经济社会发展之舟走得更远更好呢？答案就是：智慧水管理。通过水管理"智慧"化促进水管理现代化，水管理现代化保障水资源的可持续利用，最终以水资源的可持续利用来支撑整个社会经济的可持续发展。所谓智慧水管理，就是通过对区域（甚至整个客观世界中）水资源里每一状态快速感知、汇聚信息、实时处理，并结合历史信息，获取对其部分或整体的深度洞察，从而作出正确决策，通过互相连接的系统分发到相应部门执行，作用于该区域水资源。

    古有李冰治水 今有"智慧"调度

    位于成都市近郊的都江堰是闻名遐迩的旅游景区。到西南重镇成都旅游的游客们，通常都不会放过距离成都市不过几十公里的都江堰和青城山，前者因为一座全世界范围内迄今为止保存年代最久远的水利工程而著名，后者因为金庸先生武侠小说中的某门派而出名。

    去年5月的那次大地震，更是让都江堰市成为全世界关注的焦点之一。地震严重摧毁了这座小小的城市，所幸临近的成都躲过一劫，所幸都江堰水利工程安然无恙。伤痛随着时间渐渐抚平，就让它淡去，不提罢。人们正常的生产、生活还在继续，都江堰依然屹立在那里，未曾间断地发挥着自己的作用。

    相信去过都江堰的、未来将去的人们，都会对岷江岸边的山清水秀、都江堰工程的雄伟壮观叹为观止。鱼嘴分水、飞沙溢洪、宝瓶引水科学地解决了江水分流、泄洪排沙和控制进水等功能。汹涌的岷江被分隔成内外两江，外江排洪，内江灌溉。但是，一定很少有人看到这样的景象，一间大的办公室里，中间放着一排电脑系统，墙上挂着都江堰水利图，水情摇控、水位流量、闸门实况布局屏幕，一目了然。2009年6月29日11时11分40秒，电脑屏幕上的宝瓶口闸门水位标尺显示十二。这里就是都江堰管理局调度中心，每天，工作人员就是在这里"运筹帷幄，决胜千里"的。

    发源于松潘高原岷山南麓的岷江穿过崇山峻岭，从灌县城西进入成都平原后，河面骤然开阔，河床坡度锐减，流速渐缓。从上游带来的大量卵石和泥沙，逐年沉积，淤塞河床。古时，每逢汛期，山洪咆哮，人畜房舍付之东流，生息于两岸的人民深受其害。自从李冰在此修筑水利工事，消除水患、引水灌溉，这一洪水猛兽才真正被驯服、与人造福。经过历朝历代的治水、管水人的努力，这个有着2500多年历史的都江堰水利工程让川西平原变成今天的"天府之国"。今天，它担负起四川盆地中西部地区7市(地)36县(市、区)1009万余亩农田的灌溉，灌区规模居全国之首。此外，它还担负着周边成都市、都江堰市的企业工业用水和城市生活供水，同时提供防洪、发电、旅游等多项功能与服务。

    2004年，为了更加科学地管理和有效地调度如此庞大复杂的灌区，充分利用水资源，保护生态环境，一套综合性的水资源监控及调度系统在都江堰建成。整个系统包括了水情遥测子系统、墒情监测子系统、水质自动监测子系统、闸门控制子系统、视频监控子系统和计算机网络和信息管理子系统，实现了数据采集、数据处理、水情及工情监视、水质分析和灌渠调度管理等功能。在都江堰水利工程网（http://www.dujiangyan.com.cn）的演示（http://www.dujiangyan.com.cn/show.aspx?id=2007）中，我们可以直观地看到水情遥测子系统、闸门控制子系统和视频监控子系统的实际使用情况。

    今天，都江堰管理局的工作人员不用再像李冰那样辛苦地在这个庞大工程的各个角度巡视水情。在调度中心整面的大墙上，就挂着都江堰水利调度系统总图。从图上能够实时看到整个水利工程各观测点的情况，蓝色的水流显示从紫坪铺到鱼嘴分水、飞沙堰、宝瓶口。

    通过水质自动监测子系统，通过在取水点自动采集、分析水样，并将处理数据传输、存储，实时监测水温、pH值、电导率、浊度、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和酚九个指标。对水质变化和突发性污染提出警报，为有关部门采取防止污染应急措施提供科学依据。

    闸门监控子系统则采用西门子S7-300系列可编程控制器为控制站，以Profibus总线网及工业以太网为通讯网络，构成控制3个闸群（21孔闸）的集散式控制系统。配合视频监控子系统，将13个视频监控点分布在各关键闸门及水位标尺等重要水工设施附近，实时监视水位状况和闸门启闭情况。及时准确地根据水质水量变化、灌区用水需求，来合理控制闸门，实现水资源的联合调度，实现水资源合理调配和防灾减灾。

    据《华阳国志》所记：李冰在都江堰工程建成后，经过多年实际观测，掌握了宝瓶口水位的变化与灌溉需求的规律。于是，他令人在水边刻凿三个石人，同时刻上"干毋及足，涨毋没肩，年中水量，以此为度"的说明。而后人随着水情经验的进一步丰富，在宝瓶口左面的山石上加刻了几十件分划，取名为"水则"（即今天的水位标尺），当水面到达十一划时，内江灌溉区用水充足，超过十九划时，就要向外江排水，是为我国最早的水位标尺。

    时至今日，对水位的实地观测变成了实时遥测，对蓄排的简单说明变成了整个系统中相应的复杂规则，是新一代的传感技术、通信技术和信息技术带来了这些变化。更透彻的感知和测量、更全面的连通和汇集、更睿智的洞察和智能化，是它们的综合诞生了都江堰水资源监控调度系统，并在都江堰的灌渠生产调度中成为不可缺少的重要部分。

    系统通过准确掌握岷江水情，对岷江来水进行优化调度，不仅节约用水，而且可将节约下来的水用于缺水的丘陵地区，解决岷江水资源时空分布不均的问题。在工业、农业、生活用水和环保用水上，方便了有关部门实时掌握水质数据，对水污染状况进行预测预报，便于各用水单位采取适当的净化措施，将决策反馈到岷江水源中，确保人民群众用水安全，维护生态平衡。

    智慧水管理的三部曲

    去年年底以来一场持续数月的大旱在北方大地无情肆虐，再次敲响了水资源危机的警钟。旱情持续影响我国北方地区：15个省市遭遇严重旱情；七大小麦主产省旱情持续，麦苗枯死； 1.41亿亩小麦受旱，夏粮生产遭受严峻考验……

    2月中旬，一场久违的春雨落下，暂时缓解了这长达3个月的旱情，土地、庄稼、草木都绽放笑脸，迎接着小雨的洗礼。自从旱情发生以来，大家都期盼着这场救命雨的来临。高科技的人工降雨手段也在其中起到相当的作用，当然这是以空气湿度达到一定条件为前提。相比于古时的求雨，今时的技术已是极大的进步，但是我们仍在寻求：还有更为前瞻性、更为自动化的方法来帮助人们解决这千百年来的难题吗？

    如果我们能够准确监测某地降雨情况，能够精确预测未来天气情况，能够结合当前农作物所需灌溉水量，判断是否需要、是否可以通过人工增雨避免旱情，将是多么地轻而易举。如果我们能够掌握附近地表资源，能够获得附近水源信息，能够结合降雨天气数据，也许还能更迅速、更精准地找到其他缓解旱情的方法。

    在"智慧地球"的理念之下，智慧的电网、智慧的交通、智慧的IT、智慧的政府层出不穷。那么，水呢？我们的生命之源要如何"智慧"地管理、利用和保护？

    第一部：水资源尽在掌握。

    水位升了或者降了，水环境健康或是污染，必须随时都能"看"到。

    纽约著名的哈德逊河全长约520公里，河的两岸养育着近1200万人口。在河两岸，各种各样的森林植被和珍稀动物及农作物非常之多。同时，这里也是美国著名的风景区。河沿岸全球众多知名大公司的工厂都坐落在此。二战后，工业发展使得哈德逊河找到一定程度污染。如何保护环境，监督哈德逊河的污染情况，恢复原有哈德逊河的风貌，为整个美洲地区生态做保障是纽约州政府的课题，其中哈德逊河保护和恢复计划就是其中很重要的一个行动。IBM公司联合大学、科研机构和合作伙伴一起，建立了全球先进个先进水资源管理中心(AWM-Advanced Water Management)。在河两岸和河内部的不同层次，放置了很多的传感器和电子标签，同时在水面上还浮有特别的设备。这些传感器通过无线网络将采集到的数据传送到后台的流计算中心，进行各式各样先进的计算模式分析和处理。随后，所有数据在计算机系统里被展示成为一条虚拟的河流，每一个层面的变化都可以实时地控制。环保政策决定者、区域经济规划者和水生物管理人员根据数据汇聚之后产生的可视化模型，进行深度分析和决策，展开河流监管，保护好并利用好水资源。

    在爱尔兰，IBM在与一家海事机构共同研发名为SmartBay的智能系统。该系统可监控位于爱尔兰Galway Bay地区污染、海洋生物和海浪情况，并将监控获得的数据信息实时传送给研究人员。该系统对长期出海捕鱼的人们提供一项服务：渔民可通过发送文字信息向研究部门提供他们所捕生物的尺寸，或是他们遇到的漂浮障碍物情况，随后该系统将对接收到的信息展开分析，预测障碍物的具体方位，并将其反馈给渔民。通过这一系统，电脑可以及时跟踪对商业捕捞造成威胁的海面垃圾，当然也能及时追踪海水污染等问题。

    第一部正是通过深度的可感、可测，让水资源信息尽在掌握。

    第二部：水数据互联共享。

    在下面这份水资源调查报告中，我们看到了有关"八库一江"某时间段水质状况数据。从图表上我们看到，以上两个月的水质状况调查表明，水污染日趋严重。虽然低于地表水环境质量III类标准供水水源地只有1个为姚江，主要超标指标为氨氮、锰酸盐指数，但如果不注重保护水资源，其他江库也将严重受污。这样一份水资源报告，数据、信息是有的，但是却没有"数"尽其用，孤立的数据没有对保护水资源不被污染带来帮助。

    第二部正是全面的互联、共享，将各方数据汇集，并结合历史信息，才有可能最终形成知识，为决策的作出提供依据。

    第三部：水管理智能系统。

    看看我们身边，我们生活在最拥挤的城市－北京，作为中国水资源严重短缺的省市之一，北京市的人均水资源占有量不足300立方米，仅为全国平均水平的1/8。被人们寄望缓解用水难题的南水北调引水进京规划延后五年，让原本满怀期待的北京有些措手不及。应对北京之缺水，开源无望，重担落在了节流。

    2001年以来，北京已连续四次调整水价，综合水价从3.01元提高到目前的5.04元，然而大家的节水意识仍无明显提高。讨论多时的分段水费计价政策迟迟没有实施。在如何让我们的城市更智慧的讨论中，有人提出这样一个设想：是否可以在每家的自来水系统上安装传感设备，建立用水管控系统，根据实际用水情况进行管理和控制。比如，根据每月或每日的已用水量，调节水量大小，超过每月或每日限制的出水流量减半。再如，规定如果出水流量保持5分钟不变，则5分钟后出水流量减半，如果继续保持出水5分钟则自动关闭龙头。既可以起到节水提示作用，也能杜绝因特殊情况导致的浪费。比如因为停水，忘记龙头打开，结果流了一天的水，结果把地板、楼下都泡坏的倒霉事。

    此外，这样的一个用水管控系统，能自动分段计算水费，能与银行互联自动扣缴水费；能实时监测水质情况，确保我们喝到的是安全的水；甚至能够时刻监测水管情况，出现渗漏、爆裂前兆及时预警，减少水的浪费，避免由此带来的其他不便和损失......

    这样一个关于智慧的水管理的三部曲，有实际案例，也有我们的美好想像。技术已经待命，只要敢于想像、用于实践，更加智慧的生活，更加智慧的城市，更加智慧的地球就在前方。

    参考文献：
    1. 丁杰、刘道国等著，都江堰渠首水资源监控及调度系统