多维协同视角下智慧水务规划发展综述

智慧水务依托先进的信息技术，对传统水务管理架构进行深度变革，构建起数据驱动的新型管理模式。物联网传感器网络作为数据采集的前端触角，广泛分布于水源地、水厂、供水管网及污水处理厂等各个关键节点，能够实时、精准地采集水质、水位、水压、流量等海量水务数据。这些数据通过无线通信技术，如 Zigbee、LoRa、NB-IoT 等，快速、稳定地传输至云计算平台。

一、多目标协同的水资源配置模型

水资源配置是智慧水务规划的核心任务之一，需综合考虑多方面因素，实现多目标协同优化。基于系统动力学理论构建的多目标水资源配置模型，将水资源供需平衡、生态流量保障、防洪抗旱调度等目标纳入统一框架。该模型把水资源系统视为一个复杂的动态系统，充分考虑各目标之间的相互关系和制约因素。​

借助数字孪生技术，构建了涵盖水源地、输水渠道、受水区等全流程的高精度数字模型。通过模拟不同调度方案下水资源的流动、分配情况，以及对生态环境、社会经济的影响，实现了水资源在不同区域、不同用户之间的高效配置。在保障北方地区生活、生产用水需求的，严格控制生态流量，维护沿线生态系统稳定；同时，根据不同季节、不同气候条件，合理调整调度方案，有效应对防洪抗旱等突发情况。​

为确保模型的科学性与适应性，需集成多个关键模块。水文预报模块利用实时气象数据、历史水文资料，运用数值模拟和人工智能算法，对未来一段时间内的降水、径流等水文要素进行精准预测；经济社会用水预测模块结合人口增长、产业发展规划、用水效率变化等因素，预测不同行业、不同居民群体的用水需求；生态需水评估模块依据生态系统类型、生态保护目标，确定合理的生态流量阈值。通过这些模块的协同工作，为多目标水资源配置模型提供全面、准确的数据输入，使规划方案能够更好地适应复杂多变的水资源形势和社会经济发展需求。

二、水资源循环利用技术体系

水资源循环利用技术体系是智慧水务实现水资源可持续利用的核心支撑，遵循 “源头减排 - 过程控制 - 末端治理” 的全过程管理模式。在源头减排方面，大力推广雨水收集利用技术，通过建设雨水花园、下沉式绿地、蓄水池等设施，将城市雨水进行收集、储存和净化，用于城市绿化、道路冲洗、景观补水等，减少城市雨水径流量，降低城市洪涝风险。​

过程控制阶段，强化工业用水循环利用和农业节水灌溉技术。工业企业通过改进生产工艺，建立冷却水循环系统、工艺水循环系统等，提高工业用水重复利用率；农业领域推广滴灌、喷灌、微灌等节水灌溉技术，结合土壤墒情监测和智能灌溉控制系统，实现精准灌溉，减少农业用水量。​

末端治理主要聚焦于污水处理和再生水回用。集成先进的污水处理技术，如膜生物反应器（MBR）、生物曝气滤池（BAF）等，提高污水处理效率和出水水质。将处理后的再生水回用于工业生产、城市杂用、生态补水等领域，实现水资源的二次利用。深圳光明新区在海绵城市建设中，综合运用多种水资源循环利用技术，构建了完善的雨水收集、处理和利用体系。通过建设大量的雨水花园、绿色屋顶、透水铺装等设施，有效增加雨水的下渗和储存；同时，建设再生水厂，将污水处理后达到相应标准的再生水用于城市绿化、道路冲洗等，使雨水利用率提升至 40%，极大地缓解了区域水资源短缺问题，改善了城市生态环境。​

在技术创新方向上，研发低成本膜处理工艺成为研究热点。传统膜处理技术虽然在污水处理和水资源净化方面效果显著，但存在成本高、易污染等问题。新型低成本膜材料的研发和膜制备工艺的改进，旨在降低膜处理成本，提高膜的抗污染性能和使用寿命，使膜处理技术更广泛地应用于水资源循环利用领域。智能水质在线监测设备的研发也至关重要，这些设备能够实时、准确地监测水质参数，如化学需氧量（COD）、氨氮、总磷等，并通过无线通信技术将数据传输至管理平台，实现对水质的实时监控和预警，为水资源循环利用过程中的水质安全提供保障 。

三、数字孪生驱动的流域智慧化

以流域为单元构建数字孪生平台，是实现智慧水务的关键趋势之一。该平台整合气象、水文、工程等多源数据，运用先进的建模与仿真技术，对流域水资源的动态变化进行实时模拟与预测，从而实现防洪抗旱、水资源调度的协同优化。​通过高精度传感器网络，实时采集水位、流量、水质等数据，实现对河流水文状况的精准监测。基于这些数据，构建的数字模型能够对不同工况下的洪水演进、水资源调配进行模拟分析，为决策提供科学依据。

四、市场化机制与绿色金融创新

引入市场化机制，特别是 PPP 模式，能够吸引社会资本广泛参与智慧水务建设，为项目提供充足的资金与先进的管理经验。江苏某污水处理厂通过 TOT（转让 - 运营 - 移交）模式引入民间资本，不仅解决了资金短缺问题，还借助民营企业高效的运营管理模式，提升了污水处理厂的运营效率，降低了运营成本，出水水质也得到显著改善。​

绿色信贷、水权交易等金融工具的创新应用，为智慧水务项目解决投资回报周期长的问题提供了有效途径。绿色信贷给予智慧水务项目优惠的贷款利率和贷款条件，降低项目融资成本；水权交易则通过市场机制实现水资源的优化配置，使节水行为获得经济回报，激励企业和社会加大对水资源节约与保护的投入。这些金融工具的协同作用，促进了智慧水务项目的可持续发展，推动水务行业向绿色、低碳、高效的方向转型升级。

结语

智慧水务规划是一项复杂而系统的工程，需立足系统思维，通过技术创新与制度变革的双轮驱动，构建具有韧性的现代水务体系。未来研究应聚焦于多智能体协同决策、低碳技术集成等前沿领域，为实现 “双碳” 目标与水安全保障提供理论支撑与实践路径，推动智慧水务在新时代背景下持续健康发展，更好地服务于经济社会发展和生态文明建设。

第一作者简介：

吕绛（1985.12），性别：男，民族：汉，籍贯：山西 运城 学历：硕士，现在职称：高级工程师，研究方向：市政工程类规划设计