張建云，劉九夫，金君良

(1.南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇南京 210029；2.長江保護與綠色發(fā)展研究院，江蘇南京 210098；3.水利部應對氣候變化研究中心，江蘇南京 210029)

隨著全球變化和經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，我國水資源供需矛盾日益突出，極端水文事件頻繁發(fā)生，嚴重威脅我國水安全、糧食安全及生態(tài)環(huán)境安全。我國地域廣闊，水系眾多，水利工程點多、面廣、量大，類型復雜，經(jīng)濟社會的快速發(fā)展對水資源安全和水利工程的安全高效運行提出了更高的要求。水利部在2019年全國水利工作會議上提出，“水利工程補短板，水利工作強監(jiān)管”是今后工作的總基調(diào)。當前，傳統(tǒng)水利已難以充分滿足新時代經(jīng)濟社會發(fā)展所需的專業(yè)化、精細化、智能化的管理要求。隨著以云計算、Web2.0為標志的第三次信息技術(shù)浪潮的到來，以“感知、互聯(lián)和智能”等為基本特點的大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及其應用極大地改變了各個行業(yè)信息化服務(wù)的效率、易用性和行為范式。水利信息化、現(xiàn)代化和智能化發(fā)展迎來了良好契機，發(fā)展智慧水利，正成為水利現(xiàn)代化，快速提升水資源效能的強力抓手和必然選擇[1]。

近十多年來，國內(nèi)一些地方開展了智慧流域、智慧水利等方面的探討。2018年中央一號文件明確提出要實施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程；水利部提出的水利九大業(yè)務(wù)和水利監(jiān)督業(yè)務(wù)需求，都是智慧水利的重要組成部分。然而，當前一些地方對于智慧水利還缺乏較為系統(tǒng)的認識，部分地方的智慧水利工程還僅僅停留在信息管理系統(tǒng)平臺和可視化等方面。因此，有必要進一步厘清和明晰智慧水利的內(nèi)涵、工作重點以及發(fā)展目標。

1 智慧水利的概念

1.1 智慧釋義

《說文解字》中記載：智者，從日從知，日知也，每日必有所知，則所知者厚。慧者，從彗從心，心有塵則借彗以除之，心則保其清明。《辭書》云：智慧是一種通過人腦思維的活動。如人類對外界的資料所產(chǎn)生的記憶、計算、判斷、決策、規(guī)劃、學習、探索、推理等的各種處理能力。智慧讓人可以深刻地理解人、事、物、社會、宇宙、現(xiàn)狀、過去、將來，擁有思考、分析、探求真理的能力。

因此，總體上來說，智慧是對事物能迅速、靈活、正確地理解和解決問題的能力，是一種辨析判斷、發(fā)明創(chuàng)造的能力。

1.2 智慧理念的應用

1998年美國前副總統(tǒng)阿爾·戈爾提出數(shù)字地球構(gòu)想，數(shù)字地球是一個無縫的覆蓋全球的地球信息模型，它把分散在地球各地的從各種不同渠道獲取到的信息按地球的地理坐標組織起來，既能體現(xiàn)出地球上各種信息(自然的、人文的、社會的)的內(nèi)在有機聯(lián)系，又便于按地理坐標進行檢索和利用[2]。

2008年11月，IBM公司在美國紐約發(fā)布的《智慧地球：下一代領(lǐng)導人議程》主題報告中提出，把新一代信息技術(shù)充分運用在各行各業(yè)之中?！爸腔鄢鞘小痹从谥腔鄣厍虻睦砟?，是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)智慧化，以提升資源運用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)，改善市民生活質(zhì)量。2008年奧巴馬上任美國總統(tǒng)后，對“智慧地球”做出積極回應；中國多省市也與IBM簽署“智慧城市”共建協(xié)議。2012年“智慧城市”被列為中國面向2030年的30個重大工程科技專項之一。2014年國家發(fā)展改革委員會等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》中明確指出，建設(shè)智慧城市，對提升城市可持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。2015年國家發(fā)展改革委等25個相關(guān)部門成立了新型智慧城市建設(shè)部級協(xié)調(diào)工作組，共同加快推進新型智慧城市建設(shè)。2016年《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》提出要加強現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，建設(shè)智慧城市。2016年《國家信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出要推進新型智慧城市建設(shè)行動。

1.3 智慧水利

智慧水利是智慧地球的思想與技術(shù)在水利行業(yè)的應用。IBM公司將美國國家智慧水網(wǎng)(NATIONAL SMART WATER GRIDTM)作為“智能地球”重要組成，并提出了3個關(guān)鍵詞：自動化、交互性、智能化。即利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自動、實時地感知水資源、水環(huán)境、物理大氣水文過程及各種水利工程的多要素、多屬性、多格式的數(shù)據(jù)；通過信息通信網(wǎng)絡(luò)傳送到在線的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫和云存儲中；再利用云計算、數(shù)據(jù)挖掘、深度學習等智能計算技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理、建模和推演，做出科學優(yōu)化的判斷和決策，并反饋給人類和設(shè)備，采取相應的措施和行動有效解決水利科技和水利行業(yè)的各種問題，提高水資源的利用率、水利工程的效益，有效保護水資源及水環(huán)境，實現(xiàn)防災減災和人水和諧。智慧水網(wǎng)的技術(shù)核心將涉及水文學、水動力學、氣象學、信息學、水資源管理和行為科學等多個學科方向，是新一代水利信息化的集成發(fā)展方向。

因此，智慧水利是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運行管理和社會服務(wù)的智慧化，提升水資源的利用效率和水旱災害的防御能力，改善水環(huán)境和水生態(tài)，保障國家水安全和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

綜合來看，智慧水利的內(nèi)涵主要有3個方面：(1)新信息通信技術(shù)的應用。即信息傳感及物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應用。(2)多部門多源信息的監(jiān)測與融合。包括氣象、水文、農(nóng)業(yè)、海洋、市政等多部門，天上、空中、地面、地下等全要素監(jiān)測信息的融合應用。(3)系統(tǒng)集成及應用，即集信息監(jiān)測分析、情景預測預報、科學調(diào)度決策與控制運用等功能于一體。其中，信息是智慧水利的基礎(chǔ)；知識是智慧水利的核心；能力提升是智慧水利的目的。

2 現(xiàn)狀與問題

水利部歷來高度重視水利信息化建設(shè)，提出了以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化的總體要求。2017年5月水利部正式印發(fā)《關(guān)于推進水利大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導意見》，該指導意見是水利部深入貫徹黨中央提出的國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略、國務(wù)院《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》等系列決策部署的重要舉措，旨在水利行業(yè)推進數(shù)據(jù)資源共享開放，促進水利大數(shù)據(jù)發(fā)展與創(chuàng)新應用。2019年水利部《加快推進智慧水利指導意見》指出全方位推進智慧水利建設(shè)是加快推進新時代水利現(xiàn)代化的重要舉措。把智慧水利建設(shè)作為推進水利現(xiàn)代化的著力點和突破口，加快推進智慧水利建設(shè)，大幅提升水利現(xiàn)代化水平。

經(jīng)過近20年的水利信息化建設(shè)，水利綜合信息采集體系初步形成，網(wǎng)絡(luò)通信保障能力明顯提高，新一代水利衛(wèi)星通信網(wǎng)的衛(wèi)星小站得到擴充，初步建成了水利部基礎(chǔ)設(shè)施云，并搭建了“異地三中心”的水利數(shù)據(jù)災備總體布局。有關(guān)流域機構(gòu)信息部門對云計算、大數(shù)據(jù)應用進行了初步探索，實現(xiàn)了圍繞突發(fā)事件對水情、工情和位置等信息的自動定位和展現(xiàn)。有關(guān)研究院所利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)開展了水文水資源、防汛抗旱、氣候變化影響、水利信息化、水環(huán)境保護與治理等方面的科研工作。地方水利部門加強水文、水環(huán)境、水災害等方面的自動智慧化監(jiān)測，研究開發(fā)和實踐應用水文預報預警、調(diào)度決策、日常業(yè)務(wù)管理等系統(tǒng)，顯著提升了業(yè)務(wù)工作能力和水平。

但是，智慧水利的建設(shè)與智慧社會的需求仍存在較大差距。一是全面感知不夠，目前，各類水利設(shè)施的監(jiān)測遠未做到全面感知。例如，水庫安全監(jiān)測方面，多數(shù)中型水庫和幾乎所有小型水庫都沒有實時安全監(jiān)測設(shè)施，大部分小型水庫甚至沒有水情監(jiān)測報汛設(shè)備，且感知技術(shù)手段也存在較大差距，自動化程度不高。二是信息全面互聯(lián)差距大，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面小，縣級水利部門尚未實現(xiàn)全面連接水利業(yè)務(wù)網(wǎng)；而且網(wǎng)絡(luò)通道窄，受限于信息基礎(chǔ)設(shè)施，基層水利數(shù)據(jù)無法及時傳輸；上下左右聯(lián)通不暢，集中體現(xiàn)在工程控制系統(tǒng)隔離在各個工程管理單位，不同工程的業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同困難。三是共享不足，在水利行業(yè)內(nèi)部，各專業(yè)部門之間的信息共享不足；在行業(yè)外部，與環(huán)保、交通、國土等部門的相關(guān)數(shù)據(jù)還不能做到數(shù)據(jù)實時共享。四是智能應用不夠，對于新一代信息技術(shù)的應用，水利行業(yè)總體上還處于初級階段。大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)尚未得到廣泛應用、智慧功能尚未得到充分顯現(xiàn)。

3 智慧水利的內(nèi)涵

3.1 信息是智慧水利的基礎(chǔ)

古語云“巧婦難為無米之炊”。信息是智慧水利建設(shè)的基石。系統(tǒng)地、整體地、多類型地獲取信息，以及信息獲取之后的存儲、匯集、評價、校正和融合對智慧水利目標的實現(xiàn)至關(guān)重要[3]。

3.1.1信息多元性 智慧水利涉及領(lǐng)域廣泛，應用目標多元，其所需信息也復雜和多樣，涉及水利對象的信息有河流水系、湖泊、水利工程等；水利信息時間跨度涵蓋過去、現(xiàn)在以及未來氣候模式等；信息來源有地基水利要素站網(wǎng)監(jiān)測，以及空基天基遙測數(shù)據(jù)；包含業(yè)務(wù)屬性的信息有建設(shè)、運行、維護和服務(wù)信息；信息存儲格式也多種多樣，如圖像、數(shù)字、音頻和視頻等。

3.1.2感知完整性 為全面、系統(tǒng)、準確地收集水利信息，一是需要擴大感知及監(jiān)測范圍，即充實水文、水質(zhì)、地下水位、水環(huán)境監(jiān)測站網(wǎng)，加快水文現(xiàn)代化建設(shè)步伐，以擴大江河湖泊水系的監(jiān)測范圍；補齊和提升大中小型水庫、長江與黃河等流域下游險工險段堤防、重點水閘、下游有村莊或重要設(shè)施的骨干淤地壩等水利工程安全及運行監(jiān)測設(shè)施，擴大水利工程設(shè)施的監(jiān)測范圍；全面提升水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水災害、工程運行等水利核心業(yè)務(wù)管理活動中的重要事件、行為和現(xiàn)象的動態(tài)感知能力，以提升水利管理活動的動態(tài)感知能力。二是提升立體感知的智能水平，通過衛(wèi)星、雷達、無人機、遙控船等新型遙感監(jiān)測手段，以及高清視頻監(jiān)控的應用，大力提升水文測報自動化和智能化水平，實現(xiàn)對江河湖泊、水利工程、管理活動的動態(tài)感知。

3.1.3信息匯集 智慧水利通過綜合數(shù)據(jù)匯聚與支撐平臺(實時立體監(jiān)測、遙感信息分析、歷史數(shù)據(jù)分析、視頻等)進行多源、多種類數(shù)據(jù)信息的匯集、整合。在水利部、流域和省區(qū)分別建立三級感知數(shù)據(jù)匯集平臺，統(tǒng)一接收遙感影像，根據(jù)不同的應用需求進行圖像處理、信息提取、圖像解譯和數(shù)據(jù)分析，建立遙感接收處理服務(wù)平臺。建立三級級聯(lián)、多級應用的水利視頻集控體系，并與現(xiàn)有水利視頻會議系統(tǒng)整合，實現(xiàn)全國水利視頻聯(lián)網(wǎng)。

3.1.4信息融合 建立多源和多尺度信息體系。即不同傳感器、不同時空尺度的信息進行融合。數(shù)據(jù)融合最早被應用于軍事領(lǐng)域?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)融合的應用領(lǐng)域更加廣泛，如多源影像復合、機器人和智能儀器系統(tǒng)、圖像分析與理解、目標檢測與跟蹤、自動識別等等。例如，在遙感領(lǐng)域，數(shù)據(jù)融合屬于一種屬性融合，它是將同一地區(qū)的多源遙感影像數(shù)據(jù)加以智能化合成，產(chǎn)生比單一信息源更精確、更完全、更可靠的估計和判斷。相對于單源遙感影像數(shù)據(jù)，多源遙感影像數(shù)據(jù)所提供的信息具有冗余性、互補性、合作性和信息分層的結(jié)構(gòu)性等特點。其實質(zhì)就是在統(tǒng)一地理坐標系中將對同一目標檢測的多幅遙感圖像數(shù)據(jù)采用一定的算法，生成一幅新的、更能有效表示該目標的圖像信息。例如：5 m分辨率的全色影像融合10 m分辨率的彩色影像，可得到5 m分辨率的彩色影像。

信息融合在水文預報與水利計算領(lǐng)域的最典型應用就是，對地面雨量站、降雨雷達站和衛(wèi)星遙感多源觀測信息，進行數(shù)據(jù)同化，綜合利用卡爾曼濾波校準、最優(yōu)插值、變分校準和統(tǒng)計權(quán)重集成等方法進行分析融合，海量信息的綜合應用以期提高預報精度。

3.2 知識是智慧水利的核心

智慧水利中的多元信息中不僅包含數(shù)據(jù)，同時也隱含著豐富的規(guī)律和知識，而數(shù)據(jù)中的規(guī)律與知識并不是觀測直接得出的，而是需要通過深度的挖掘與分析。由于水利信息龐大而復雜的特性，難以有效集成與管理、難以自動化處理與分析，尤其是涉及空間相關(guān)的數(shù)據(jù)挖掘難度很大。深刻理解與分析大數(shù)據(jù)中蘊含的規(guī)律和知識，需要全面認識、理解客觀事物并運用知識、經(jīng)驗等解決實際問題。智慧水利的知識是包括水文物理規(guī)律、降水徑流等轉(zhuǎn)化關(guān)系、水文氣象要素預測預報，以及流域水文、水動力學、水環(huán)境等模型等。知識的產(chǎn)生，除了傳統(tǒng)的數(shù)理統(tǒng)計等方法外，大數(shù)據(jù)挖掘和人工智能等信息方法手段，是獲取智慧水利知識的重要方法和手段。

3.2.1大數(shù)據(jù) 大數(shù)據(jù)(Big Data)是指無法用現(xiàn)有的軟件工具提取、存儲、搜索、共享、分析和處理的海量的、復雜的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量巨大，數(shù)據(jù)類型繁多(包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的)，價值密度低(海量信息中有價值的信息可能很少)和更新速度快的特征[4]。

水利活動產(chǎn)生和所需的數(shù)據(jù)規(guī)模巨大(歷史水文氣象要素的相關(guān)系列)、類型多樣(水位、流量、土地利用數(shù)據(jù)、植被土壤類型數(shù)據(jù)、水利工程調(diào)度數(shù)據(jù)等)、增長迅速(實時監(jiān)測更新)，其獲取、存儲、管理、分析等方面都大大超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具的能力范圍[5]。水利數(shù)據(jù)完全符合大數(shù)據(jù)所具有的4個特性，可謂是大數(shù)據(jù)概念范疇當中的一個極具代表性的應用。例如水文預報模型或預報方案，即通過歷史產(chǎn)匯流規(guī)律的知識提取得到降雨徑流關(guān)系圖就是大數(shù)據(jù)在水文預報中的典型應用。當前水利大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)主要包括硬件架構(gòu)、HDFS分布式文件存儲、Hadoop架構(gòu)、Spark內(nèi)存計算框架、NoSQL非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫、MPP分布式數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)挖掘等若干關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.2人工智能 美國斯坦福大學人工智能研究中心尼爾遜教授對人工智能的定義是：人工智能是“怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學。”人工智能科學就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。人工智能需要數(shù)據(jù)來建立其智能，沒有大數(shù)據(jù)就沒有人工智能。大數(shù)據(jù)是一種傳統(tǒng)的計算方法(統(tǒng)計分析)，它只是尋找結(jié)果，不會根據(jù)結(jié)果采取行動。相比之下，人工智能是一種計算形式，它允許機器執(zhí)行認知功能，并根據(jù)執(zhí)行的反應不斷改變它們的行為，以適應執(zhí)行結(jié)果的變化。

近幾年，圍繞基于機器學習和深度學習等技術(shù)在水文領(lǐng)域的應用得到了長足進步。研究表明：深度學習等智能算法在水文遙感數(shù)據(jù)處理及信息提取、缺資料小流域水文預報模型區(qū)域參數(shù)化、山洪災害影響因子識別與風險分析等方面都取得了一些優(yōu)秀的成果[5]。人工智能在降雨預報、小流域下墊面遙感數(shù)據(jù)分類、洪水計算模型參數(shù)、洪水預報預警和洪水災害風險評估等研究和探索性應用方面具有很好的應用前景[6]。

3.3 能力提升是智慧水利的目標

智慧水利應用的目的是業(yè)務(wù)水平和管理能力的提升，包括對水文屬性多方面的感知能力，對水文現(xiàn)象、水資源關(guān)系范式合理性的辨析能力，對現(xiàn)實中的氣象水文現(xiàn)象的模擬能力，對未來氣候模式、經(jīng)濟社會模式下的預測能力以及綜合智慧水利各方面信息應對實際問題的決策支持能力等[7]。當前關(guān)于智慧水利亟需能力提升方向主要包括：流域水模擬和預測預報、水工程安全分析和科學調(diào)度、水行政智能管理應用和水信息智能服務(wù)應用等。

3.3.1流域水模擬和預測預報 在流域洪水預報方面，需要研制具有物理基礎(chǔ)的水文模擬模型，拓展模型的模擬要素和范圍，在精細化模擬的基礎(chǔ)上增強模擬能力；研究數(shù)值天氣預報產(chǎn)品在水文預測預報中的應用，延長水文預報的預見期；研究基于不確定性分析評價的系統(tǒng)實時校正方法，以期提高預報精度。在水資源的管理應用方面，圍繞最嚴格水資源管理制度落實、節(jié)水型社會建設(shè)、城鄉(xiāng)供水安全保障等，構(gòu)建流域尺度、行政區(qū)尺度的水資源模型，開發(fā)城鄉(xiāng)供水、節(jié)水、調(diào)水等智能應用，實現(xiàn)水資源動態(tài)監(jiān)管分析與精細化配置調(diào)度能力提升、城鄉(xiāng)供水安全監(jiān)管和應急處置能力提升等。在水環(huán)境水生態(tài)保護的智慧應用方面，圍繞河湖長制、水域岸線管理、河道采砂監(jiān)管、水土保持監(jiān)測和監(jiān)督治理等，構(gòu)建江河湖泊、水土流失等水環(huán)境水生態(tài)的智能應用，實現(xiàn)河湖治理精準監(jiān)管能力的提升，水環(huán)境水生態(tài)保護的能力提升。

3.3.2水工程安全分析和科學調(diào)度 圍繞工程規(guī)劃、建設(shè)管理、市場監(jiān)管和工程運維等，構(gòu)建水工程智能應用，模擬水利工程建設(shè)管理和水利工程安全運行，實現(xiàn)水利工程安全運行保障能力提升、水利工程生命周期管理能力提升等。

3.3.3水行政智能管理應用 依托智慧水利平臺，實施監(jiān)管信息預處理、行業(yè)監(jiān)督稽查、安全生產(chǎn)監(jiān)管、工程質(zhì)量監(jiān)督、項目稽察和監(jiān)督?jīng)Q策支持等，構(gòu)建水行政智能應用，實現(xiàn)資產(chǎn)智能監(jiān)管，移民智能監(jiān)管，項目智能規(guī)劃和智慧機關(guān)建設(shè)等。

3.3.4水信息智能服務(wù)應用 加快政府供給向公眾需求的轉(zhuǎn)變，以社會公眾服務(wù)為導向。實現(xiàn)公眾感水知水能力提升，社會的節(jié)水護水人文素養(yǎng)提升，政府管水治水服務(wù)水平提升。

4 對我國智慧水利發(fā)展的思考與建議

4.1 加強信息源及信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

構(gòu)建立體監(jiān)測體系，以地面站網(wǎng)為基礎(chǔ)，以水循環(huán)為線索，以新裝備、新產(chǎn)品、新途徑為牽引，實現(xiàn)水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水管理等信息的立體高效監(jiān)測。例如，基于天基手段，實現(xiàn)對降水(GPM-IMERG)、土壤含水量(SMAP，stands for Soil Moisture Active and Passive)和地表水水面和水位(SWOT，Surface Water and Ocean Topography)等重要水文氣象要素進行實時觀測。

信息化是智慧水利發(fā)展的短板之一，而信息系統(tǒng)是智慧水利的重要支撐。當前和今后一段時期的工作重點是要完善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知和應急處置能力；加強信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保障水利大數(shù)據(jù)、信息匯集以及信息系統(tǒng)的運行，為智慧水利的發(fā)展保駕護航；要加快水利云平臺建設(shè)，提升水利在線網(wǎng)絡(luò)儲存能力和計算分析能力，支持海量數(shù)據(jù)管理并提供公共服務(wù)支撐功能，減少托管和維護工作成本。

4.2 加強知識體系建設(shè)

4.2.1中國水模型研制 水文模型是用數(shù)學語言或物理模型對水文自然系統(tǒng)進行解釋或比擬，并在一定的條件下對水文變量的變化進行模擬和預測預報。水文模型是研究流域水文循環(huán)機理、水文預報以及水資源評價等領(lǐng)域的重要工具。水文模型的研究與發(fā)展主要經(jīng)歷了經(jīng)驗性模型(降水徑流關(guān)系)、黑箱模型或概念性水文模型到分布式且具有物理基礎(chǔ)的確定性水文模型等階段。而由變化環(huán)境所導致的“水文一致性”的喪失，動搖了傳統(tǒng)的水資源分析理論方法的科學基礎(chǔ)，新一代靈活應用于變化環(huán)境下的水文水資源預報模型的研制則為重中之重。

構(gòu)建全國尺度的中國水模型，科學預測未來中國水資源情勢不僅是新時期水資源精細化管理的必然需求，也是生態(tài)文明社會建設(shè)的重要支撐。一方面開展國家層面水資源實時調(diào)度，需要精準預測中國短期水文情勢，為水資源的時間調(diào)蓄和空間調(diào)度提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；另一方面根據(jù)“空間均衡”的水資源治理方針，實施未來的水資源規(guī)劃與配置，也對未來長期水資源變化情勢預測提出了更高的要求。因此，開展中國水模型的研發(fā)工作，在全國層面上科學預測未來不同時空尺度的水資源情勢，可為更好地落實新時期治水方針提供重要的技術(shù)支撐。

4.2.2人工智能方法研究 人工智能算法對于智慧水利知識的生成以及智慧水利的應用具有重要的支撐作用。水利大數(shù)據(jù)的大樣本，利用不斷的學習和訓練過程，保證智慧水利模擬和預測的準確性。近年來，歐美等國家的學者將傳統(tǒng)水文學和人工智能相結(jié)合，誕生了一門新的學科—水信息學。隨著科技的進步，數(shù)據(jù)量的增長、智能算法的發(fā)展和水文學科的進一步完善，深度學習等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將會更多地應用于水文領(lǐng)域。

4.3 加強智慧業(yè)務(wù)核心系統(tǒng)建設(shè)

為進一步全面落實和支持“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”的水利工作主基調(diào)，當前和今后一段時期需要集中精力建設(shè)4個系統(tǒng)的智慧業(yè)務(wù)體系，即流域水模擬和預測預報系統(tǒng)，水工程安全分析和科學調(diào)度系統(tǒng)，水行政管理智能系統(tǒng)和水信息服務(wù)智能系統(tǒng)。

5 結(jié) 語

智慧水利是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運行管理和社會服務(wù)的智慧化，提升水資源的利用效率和水旱災害的防御能力，改善水環(huán)境和水生態(tài)，保障國家水安全和經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。智慧水利是水利信息化發(fā)展的新階段，也是水利現(xiàn)代化的具體體現(xiàn)。

信息是智慧水利的基礎(chǔ)，要高度重視信息的收集、監(jiān)測和分析；知識是智慧水利的核心，要應用新的信息技術(shù)，加強信息的挖掘、提取和知識的積累；能力提升是智慧水利的目的，著重提升流域的監(jiān)測能力、預測預報能力、調(diào)度決策能力和運行管理能力。智慧水利不能僅停留在概念和口號等表面，要進一步重視信息源建設(shè)、重視信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、重視知識體系建設(shè)。智慧水利的發(fā)展不僅要依靠行業(yè)的科學規(guī)劃和指導，還要靠各有關(guān)專業(yè)的科學家不斷努力。共同促進水科學、計算機科學、地理科學、環(huán)境科學、數(shù)學和社會學等多學科的深度交叉融合，推動我國智慧水利的發(fā)展和進步。