智慧水利在水利水电工程管理中的应用研究

1. 引言

在全球气候变化和人口增长的背景下，水资源短缺、水污染及水旱灾害等问题凸显，对水资源合理利用及水利水电工程高效管理的需求增加。智慧水利应运而生，它融合物联网、云计算、大数据等新技术，通过科学监测、精准分析和智能决策提升水利工程的管理水平，是推动水利现代化和可持续发展的重要力量。本研究探讨智慧水利在水利水电工程管理中的应用，揭示其在提升管理效率和保障水资源安全方面的作用。智慧水利通过实时数据采集、智能分析和远程控制，提高运行效率，降低不确定性，为防洪抗旱和水资源优化配置提供科学依据，助力精细化管理，增强应对复杂水情的能力，对国家水安全和经济社会可持续发展具有重要意义。

2. 智慧水利概述

2.1 智慧水利的概念内涵

智慧水利基于传统水利，结合多学科，利用信息化手段实现智慧化管理。其目标是通过新一代信息通信技术，将适量适质的水适时送到适地，支持水安澜、水资源、水环境及水生态的实现。智慧水利还提升了水利对象的信息化需求，从人工管理转向智能化决策，提高了管理效率并提供技术支持，是水利信息化发展的新阶段。

2.2 智慧水利的关键技术

智慧水利依赖物联网、大数据和人工智能等技术。物联网通过传感器网络实时采集并传输设施状态数据，实现实时监控。大数据通过整合分析海量数据提供支持，如在水资源调度中预测趋势优化策略。人工智能通过深度学习处理复杂数据，实现智能化决策和自动化控制，如在洪水预警系统中快速识别异常数据发出预警。这些技术协同作用，推动了智慧水利的发展和水利行业的数字化转型[1]。

3. 智慧水利在水利水电工程管理中的应用

3.1 在工程监测中的应用

智慧水利通过物联网、大数据等技术，实现了对水利水电工程运行状态的全面实时监测。传感器网络被广泛部署于大坝、水库、闸门等关键部位，用于采集水位、流量、压力、温度等多维度数据，并通过无线通信技术将数据上传至云端平台进行分析处理。这种高效的监测方式不仅能够及时发现潜在的安全隐患，还为后续的调度运行和维护检修提供了重要的数据支撑。例如，在某大型水利工程中，通过布设高精度传感器和智能监控设备，成功预测了一次因地质变化引发的大坝局部变形风险，避免了可能发生的严重事故[2]。

3.2 在调度运行中的应用

智慧水利利用人工智能算法，根据实时数据和水情变化自动生成调度方案，提高水资源利用效率。AI 模型学习历史水文数据，结合气象预报，预测未来水情，优化水库蓄放水策略。例如，某流域应用深度学习技术后，在保障防洪安全的同时，供水效益最大化，农业灌溉用水效率提升 20% 以上。智能化调度决策还支持多目标协同优化，兼顾城市供水和生态环境用水，体现综合价值。

远程控制技术实现水利水电工程自动化运行，减少人工干预，降低运行成本。基于物联网技术，管理人员通过中央控制系统实时监控和操作水利设施，如调节闸门开度、启停泵站设备等。自动化系统根据预设规则和实时数据调整参数，确保工程最佳工作状态。例如，某水电站实施改造后，每年节省人力成本超 30% ，发电效率提高 15% 。此模式提升运行效率，增强应对突发事件能力。

3.3 在维护检修中的应用

数据分析技术在智慧水利中用于设备故障诊断与预测性维护，延长设备寿命。通过监测振动、温度、电流等数据，系统能识别异常信号并预测发展趋势。例如，某大型水泵站利用机器学习算法分析电机数据，成功预测轴承故障，提前维修，避免经济损失。预测性维护还优化了维修计划，减少不必要的维护，降低成本。

数字化维修管理系统为水利水电工程提供高效管理工具。系统集成设备台账、维修记录、备件库存等信息，实现维修流程标准化和可视化。例如，某水利工程引入该系统后，维修人员能快速查询技术文档和历史维修记录，制定精准维修方案。系统还能自动生成备件采购计划，保持合理库存水平，避免积压，保障维修及时性。这提升了维修效率，确保工程安全稳定运行。

4. 智慧水利在水利水电工程管理应用中面临的挑战

智慧水利建设需融合物联网、大数据、人工智能等技术，但系统间兼容性问题阻碍技术集成。开发商标准与协议不统一，导致数据传输和接口标准难以统一，影响协同效率。老旧设备数字化改造难度大，加剧技术集成复杂性，限制系统部署，挑战工程管理高效性[3]。

智慧水利系统中，数据采集、传输和存储各环节存在安全风险。传输中易遭黑客攻击致泄露篡改，存储时未经授权访问威胁安全隐私。需建立多层次加密机制，结合访问控制与安全审计，但现有技术不成熟，如何兼顾数据可用性与安全防护是问题。

智慧水利发展需复合型人才，但我国人才储备不足。高校课程设置未充分结合水利与信息技术，毕业生难满足需求。企业缺技术培训机制，加剧人才短缺，制约技术推广和智能化转型。

5. 应对智慧水利应用挑战的策略

为应对智慧水利在水利水电工程管理中的技术集成挑战，需加强研发并统一接口标准。智慧水利融合物联网、大数据、人工智能等技术，但供应商不同导致兼容性差。应突破数据传输与接口协议瓶颈，确保系统无缝对接。主管部门应制定统一技术标准，规范数据流程，促进集成实施。建立跨学科研发平台，整合资源，攻克技术难题。

数据安全与隐私保护是关键，需建立保障体系。数据采集等环节存在泄露、篡改风险，影响水安全。应采取防护措施，如数据加密、访问控制和安全审计，引入区块链技术增强安全性。智慧水利领域人才短缺，需多方面解决。需复合型人才，高校应调整专业培养，企业应培训员工，还可引进人才与合作，为智慧水利提供支持。

6. 结论

智慧水利在水利水电工程管理中已取得显著成效，其核心价值在于提升管理效率、保障工程安全和优化资源配置。借助物联网、大数据和人工智能等技术，智慧水利实现了工程全生命周期的智能化管理。例如，传感器网络和遥感技术在工程监测领域的应用，使得实时数据采集成为可能，为精准评估工程运行状态提供了基础。智能化调度决策系统不仅提高了水资源利用效率，还降低了人为干预的不确定性，增强了工程运行的安全性和稳定性。智慧水利通过预测性维护和数字化维修管理，延长了设备使用寿命，减少了因设备故障导致的停机时间，保障了工程的经济效益。总的来说，智慧水利不仅推动了水利水电工程管理模式的创新，还为行业的可持续发展奠定了技术基础。

参考文献

[1] 王燕. 新时期智慧水利建设效果及其应用研究[J]. 科技资讯,2024,22(7):189-191.

[2]蒋云钟;冶运涛;赵红莉;张双虎;曹引;顾晶晶.智慧水利解析[J].水利学 报,2021,52(11):1355-1368.

[3]卓建俊.信息技术在水利工程建设管理中的应用[J].科学与信息化,2023,(23):46-48.