数字化监测技术提升水利工程运行管理效率探析

一、引言

水利工程作为国家基础设施的核心组成部分，承担着水资源调控、防洪减灾、生态保护等关键职能。传统管理模式依赖人工巡检与经验判断，存在信息滞后、决策粗放、响应迟缓等问题，难以应对极端气候、水资源短缺等复杂挑战。随着物联网、大数据、云计算、人工智能等技术的深度融合，数字化监测技术为水利工程运行管理提供了全新范式。通过构建“感知 - 传输 - 分析 - 决策”的闭环系统，数字化监测技术可实现工程状态的实时感知、风险的智能预警、资源的优化配置，显著提升管理效率与工程韧性。

二、数字化监测技术的核心内涵与水利工程运行管理需求

（一）数字化监测技术的技术架构与功能特征

数字化监测技术以物联网为核心，集成传感器网络、无线通信、边缘计算等技术，形成“端 - 边 - 管 - 云”的立体化架构。传感器网络部署于工程关键部位，实时采集水位、流量、位移、应力等多元参数。边缘计算节点对原始数据进行预处理，过滤噪声并提取特征，降低传输压力。通信网络（如 5G、LoRa）实现数据的低时延、高可靠传输，云端平台依托大数据分析与人工智能算法，完成数据存储、模型训练与决策输出。该架构具备高精度、实时性、可扩展性等特点，可支撑复杂工程场景的动态监测需求。

（二）水利工程运行管理的传统痛点与数字化需求

传统水利工程运行管理存在三大痛点：其一，信息孤岛现象严重，水文、气象、工程状态等数据分散于不同部门，难以实现跨系统协同。其二，决策依赖经验，缺乏数据驱动的科学依据，导致资源配置低效。其三，应急响应滞后，人工巡检周期长，难以捕捉突发风险。数字化监测技术通过构建统一的数据中台与智能决策系统，可打破信息壁垒、优化决策流程、缩短响应时间，满足水利工程对“精准感知、智能分析、快速处置”的现代化管理需求。

三、数字化监测技术提升水利工程运行管理效率的路径

（一）数据采集与整合：构建全要素感知体系

数字化监测技术通过部署多类型传感器，实现对水利工程运行状态的全方位感知。在水库大坝中，渗压计、测斜仪、GPS 位移监测站可实时采集坝体渗流、变形数据。在水闸枢纽，水位计、流量计、视频监控可动态跟踪水流状态与设备运行情况。这些数据通过物联网协议（如 MQTT）汇聚至边缘网关，经清洗、转换后上传至云端数据库。云端平台采用数据湖架构，支持结构化与非结构化数据的统一存储，并构建工程元数据模型，实现数据与工程实体的关联映射。通过数据整合，管理方可获取“一图统览、一网统管”的工程全景视图，为后续分析提供基础支撑。

（二）智能决策支持：驱动管理科学化升级

智能决策支持系统（IDSS）是数字化监测技术的核心应用，该系统集成机器学习、知识图谱、优化算法等技术，可对海量数据进行深度挖掘。通过时间序列分析预测水库水位变化趋势，结合降雨预报生成调度方案。利用图像识别技术检测闸门锈蚀、裂缝等缺陷，评估设备健康状态。基于多目标优化模型平衡防洪、灌溉、发电等需求，制定水资源分配策略。IDSS 还可嵌入专家知识库，模拟工程师决策逻辑，为复杂场景提供辅助建议。通过智能决策，管理方可从“经验驱动”转向“数据驱动”，提升决策的精准性与前瞻性。

（三）远程控制与维护：实现管理灵活性与成本优化

远程控制技术通过 SCADA 系统与自动化设备联动，支持对水利工程的远程操控。管理方可实时调整闸门开度、水泵启停状态，无需现场人工干预。设备故障时，系统自动触发报警并推送维修工单，技术人员可通过 AR 眼镜远程指导现场处置。维护方面，数字化监测技术可实现预测性维护。通过分析设备振动、温度等运行参数，系统可提前识别轴承磨损、电机过热等潜在故障，安排计划性检修，避免非计划停机。远程控制与维护技术显著减少了现场巡检频次与人力投入，降低了运维成本，同时提升了工程运行的连续性与安全性。

（四）信息化平台建设：促进管理协同与透明化

信息化平台是数字化监测技术的集成载体，该平台涵盖数据管理、业务处理、决策支持、信息共享四大模块，支持多角色、多层级用户协同工作。运维人员可通过移动端 APP 上报隐患，管理人员在 PC 端审批工单并分配资源。公众可通过门户网站查询工程信息，参与监督评价。平台还提供可视化看板，以图表、地图等形式直观展示工程运行指标，增强管理透明度。通过信息化平台，水利工程管理实现了从“分散管理”向“集约化、协同化”的转变，提升了整体运营效率。

四、数字化监测技术应用面临的挑战与对策

（一）技术融合与标准化建设

数字化监测技术作为多领域技术融合的产物，在水利工程应用中面临协议兼容性差、数据接口不统一等瓶颈，制约了设备协同与系统集成。为破解这一难题，需加快构建覆盖传感器命名、数据格式、通信协议的行业标准体系，通过标准化手段实现异构设备的无缝对接。同时，应强化产学研用深度融合，建立跨领域创新联合体，重点突破数字孪生建模、区块链存证等关键技术，推动创新成果向工程实践转化，全面提升水利工程数字化、智能化管理水平。

（二）数据安全与隐私保护

水利工程数据涉及水位、水质等敏感信息，一旦遭受网络攻击或发生数据泄露，将严重威胁水安全与社会稳定。为此，需构建涵盖数据加密、访问权限管控、实时入侵检测的多层次安全防护体系，通过技术手段筑牢数据安全防线。同时，应加快制定水利工程数据隐私保护专项政策，明确数据全生命周期管理规范，界定采集范围、存储期限与共享条件，在保障工程运行管理需求的同时，切实维护公众知情权与企业数据权益，实现安全与发展的动态平衡。

（三）人才队伍建设与组织变革

数字化监测技术在水利工程中的深度应用，对管理人员提出了“水利专业知识 + 信息技术能力”的复合型要求。当前亟需通过系统化在职培训，强化管理人员对大数据分析、智能系统运维等技能的掌握，弥补传统水利人才在数字化领域的短板。同时，需将数字化管理理念融入组织变革，通过优化部门职能、建立数据共享机制、构建跨部门协同平台等举措，打破信息孤岛与业务壁垒，推动水利工程运行管理从经验驱动向数据驱动转型，实现管理效能的全面提升。

五、结束语

数字化监测技术以全要素感知为基石，融合智能决策、远程控制与协同管理，构建起覆盖水利工程运行全场景的技术体系，为行业提供了高效精准的管理方案。该技术的应用显著增强了工程安全保障能力，降低了运维成本，同时通过数据驱动的资源优化配置，推动了水利行业向智慧化、绿色化、可持续化方向升级。展望未来，随着 5G、数字孪生等技术的突破与政策体系的完善，数字化监测技术将进一步深化在水利工程中的应用，为国家水安全战略实施与经济社会高质量发展注入新动能。

参考文献

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