（河海大學，江蘇南京 210098）

我國面臨的人均水資源不足、時空分布不均、水環(huán)境污染等問題日益復雜，以現代科學技術為基礎的智慧水利建設十分必要。2018年，水利部印發(fā)《加快推進新時代水利現代化的指導意見》（水規(guī)計〔2018〕39號），提出應全面推進智慧水利建設，建設全要素動態(tài)感知水利監(jiān)測體系、高速泛在的水利信息網絡，提升水利信息化。區(qū)塊鏈技術具有去中心化、公開透明、難以篡改和安全可靠等特點，利用區(qū)塊鏈技術可以解決智慧水利建設中的問題，提升水利的信息化、數字化水平，推動智慧水利的進一步發(fā)展。

1 區(qū)塊鏈技術簡述

1.1 區(qū)塊鏈的概念

區(qū)塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密算法等計算機技術的新型應用模式，一般可以將技術基礎架構模型分為基本模塊、核心模塊、交互模塊?；灸K包括兩層，即數據層和塊層，數據層包括事務數據與數據基礎設施服務，塊層包括鏈結構；核心模塊包括共識層和契約層；交互模塊包括應用層，對應比特幣發(fā)展的三個階段。

區(qū)塊鏈技術具有匿名性、去中心化、無法篡改、無須信任的共識機制等特征，去除了各類系統(tǒng)應用中的諸多約束條件，為較多想法的實現提供了技術可能性[1]。

區(qū)塊鏈技術不是單一的信息技術，類似于大數據、人工智能、物聯網等新一代信息技術，基于現有的技術，重新組合和開發(fā)新的應用功能。

1.2 區(qū)塊鏈的優(yōu)點

（1）去中心化：區(qū)塊鏈去中心化的特點使所有網絡節(jié)點均可以參與區(qū)塊鏈網絡數據的記錄維護，無須第三方介入便可實現人對人、點對點的交易和互動。區(qū)塊鏈去中心化的交互方式避免了單點故障，提升管理公平性，公開透明的賬本，保證數據可靠及可追溯性，多種匿名機制利于居民隱私的保護，因此，區(qū)塊鏈有利于數據保護問題的解決[2]。

（2）開放性：區(qū)塊鏈系統(tǒng)是公開透明的，在公有鏈上節(jié)點可以對區(qū)塊鏈內的數據進行訪問，用戶可以通過區(qū)塊鏈接口查詢數據記錄或開發(fā)相關應用。

（3）信息不可篡改：當信息加入至區(qū)塊鏈節(jié)點時，會永久儲存至數據庫中，由于區(qū)塊鏈具有集體維護功能，任何一個節(jié)點的數據修改不會影響其他節(jié)點的數據內容，因此，區(qū)塊鏈的數據穩(wěn)定性、可靠性較高。

（4）自治性：區(qū)塊鏈在應用層利用契約和協議，依靠特定的數學算法構建的機器信任，為系統(tǒng)構建特定規(guī)則，所有節(jié)點必須遵守系統(tǒng)規(guī)則，人們無法對節(jié)點間的數據交換行為進行干預。

2 區(qū)塊鏈在智慧水利中的應用場景與優(yōu)勢分析

智慧水利的主要內涵包括新信息通信技術的應用、多部門多源信息的監(jiān)測與融合、系統(tǒng)集成及應用[3]，區(qū)塊鏈作為一種新興的、與信息相關的技術，與智慧水利的內涵有較高的耦合性，其技術特性可以滿足智慧水利建設的需求，在某些應用場景中較傳統(tǒng)解決方案優(yōu)勢更明顯。

從區(qū)塊鏈的技術特點與智慧水利建設的實際需求出發(fā)，可以總結出水利工程建設、水體數據存儲、水權交易平臺與智慧水利綜合管理系統(tǒng)四個較為合適的應用場景。

2.1 水利工程建設

在水利工程的施工建設中，需要對施工人員、功能設備、施工資源與質量四個方面進行管理[4]，涉及的數據包括施工人員、設備、施工材料、工程完成情況等具體信息，也包括人力資源、設備管理、采購、倉儲、調度等多部門，數據繁雜且管理決策主體較多。應在區(qū)塊鏈實現對數據的精細化管理與對多決策主體的支持，且一些數據有存證與公示的需求，如施工人員的考勤、設備的維修狀態(tài)、工程質量評價等，需要借助區(qū)塊鏈技術實現。

大型水利工程有許多標準細則、工程合同、建設方案等文件需要長期保存，這些文件與數據是后期對水利工程進行監(jiān)督與維護的重要依據，需要對其安全性多加關注。但目前部分文件仍以紙質憑證為唯一依據，已經無法滿足智慧水利建設的需要。

區(qū)塊鏈以其公開透明、不可篡改的技術特性，可以滿足水利工程建設管理與存檔的需要。建立區(qū)塊鏈水利工程建設管理系統(tǒng)，可對在建的水利工程項目進行精細化管理，精密記錄工程中的數據變化。工程數據上鏈后可以形成無法篡改的電子化檔案，電子檔案在確保安全的同時可方便獲取，是水利工程監(jiān)督與后續(xù)維護的重要依據，也是智慧水利決策支持系統(tǒng)的重要數據來源。

2.2 水體數據存儲

智慧水利需要通過匯聚綜合數據與支撐平臺進行多源、多種類數據信息的匯集、整合[3]，區(qū)塊鏈可為水體數據的存儲整合提供技術支撐。在目前水質、水文數據的收集階段，仍有許多數據需要人工進行記錄，數據易錯且可以被篡改。在數據的存儲階段，傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)無法保證數據的安全，且中心式的系統(tǒng)運維成本較高。

在數據的使用階段，不同地區(qū)、不同部門之間的信息流動不暢通，形成信息孤島，不利于數據的有效使用。結合使用區(qū)塊鏈技術與物聯網技術可以實現水體數據監(jiān)測、記錄、存儲、調用的閉環(huán)。使用區(qū)塊鏈信息系統(tǒng)直接調用物聯網監(jiān)測系統(tǒng)的相關接口，通過物聯網技術感知的水體數據直接上鏈，調用時查看鏈上數據。

上鏈后，可提升水體數據的可用性與易用性，項目系統(tǒng)實現了來水環(huán)境可信檢測[5]的同時，促進了數據的共享。

（1）水質數據。傳統(tǒng)信息系統(tǒng)中存儲的水質指標可以被修改造假，區(qū)塊鏈中的水質數據可以直接作為水質存證，用來考核環(huán)保部門、河長，可對污染進行溯源與追責，增強了數據的可用性。

（2）水文數據。上鏈能促進水文數據在各部門間的流動與共享，在水利工程建設、流域綜合治理等工作中，相關部門均可詳細查看水文數據，增強了數據的易用性。

2.3 水權交易平臺

水權交易作為優(yōu)化調節(jié)水資源配置的重要方法，其效用被人們進一步認識，相關的試點與實踐有序進行，但基于傳統(tǒng)技術的交易平臺，難以有效滿足水權交易的需求[6]。

區(qū)塊鏈技術最先被應用于金融行業(yè)，關于交易與記賬的應用較為成熟，在實踐中證明了區(qū)塊鏈應用于交易系統(tǒng)中可信度高、精密記賬的優(yōu)勢，因此，基于區(qū)塊鏈構建水權交易平臺十分必要。

基于區(qū)塊鏈的水權平臺可充分利用區(qū)塊鏈的技術特性，構建透明化的水權交易規(guī)則體系[7]，優(yōu)化交易流程，滿足水權交易的需求。

利用智能合約的可更新性，方便修改具體交易規(guī)則，解決季節(jié)性可變水權的交易困境，滿足水權交易改革試點期間對交易規(guī)則頻繁修改的需要。利用智能合約滿足條件自動執(zhí)行的特性可減少人工審核，優(yōu)化交易流程。利用區(qū)塊鏈分布存儲的技術特點，可以保證水權數據與交易數據的安全可靠，提升數據安全性，可通過降低系統(tǒng)運維成本減少交易費用，提升水權交易市場的活躍性。

2.4 智慧水利綜合管理系統(tǒng)

智慧水利是一項復雜的系統(tǒng)工程，對信息流動性與各業(yè)務模塊間的耦合性要求較高。智慧水利綜合管理系統(tǒng)包括水環(huán)境、水權、水利工程、水務等方面的管理模塊，融合了云計算、數據挖掘等技術，為系統(tǒng)提供智慧決策支持。以水利工程管理系統(tǒng)、水體數據管理系統(tǒng)、水權交易系統(tǒng)為例，三者均屬于智慧水利綜合管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)或子模塊之一，但在系統(tǒng)決策主體、數據類型、依賴技術上均存在差異。因此，智慧水利下各功能模塊的數據流動、決策主體的權限管理與數據挖掘的全面性，成為智慧水利建設效果的重要影響因素。

使用區(qū)塊鏈中聯盟鏈的相關技術，構建基于多鏈的智慧水利綜合管理系統(tǒng)，可使系統(tǒng)更加有效地運行。系統(tǒng)中不同功能模塊的數據存儲在不同的鏈上，數據安全且有序。各決策主體通過CA授權訪問不同的區(qū)塊鏈，在實現權限管理的同時，不影響信息流動的效率。智慧決策支持系統(tǒng)直接調用區(qū)塊鏈接口，并對不同鏈上的數據進行訪問，可以獲取涉及多部門的、更加全面的數據，增強決策的科學性。此外，區(qū)塊鏈去中心化的特性，可減輕中心節(jié)點的處理壓力，減少智慧水利系統(tǒng)的建設與運行成本，對智慧水利的建設推廣起到積極作用。

3 結語

隨著我國城市化進程的加快，工業(yè)化程度的不斷提高，發(fā)展智慧水利尤為重要。本文介紹了區(qū)塊鏈技術，總結了區(qū)塊鏈技術的技術優(yōu)點，探究了區(qū)塊鏈技術在水利工程建設、水體數據、存儲水權交易平臺建設與智慧水利綜合管理系統(tǒng)四個方面的應用。在智慧水利的視角下，區(qū)塊鏈相較于傳統(tǒng)技術在促進水利信息流動、簡化業(yè)務流程與水利信息可信存證方面有顯著優(yōu)勢，其應用落地是實現智慧水利精細化管理的重要途徑。目前，我國水資源形勢復雜，智慧水利行業(yè)的發(fā)展處于初級階段，區(qū)塊鏈技術的應用研究還不成熟，具體的應用場景及具體情況仍需要進一步深度研究。