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韩国智慧水利建设实践与启示

2019-06-23 12:24:59 韩国经济 作者:知韩
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摘要:为深入了解韩国智慧水利工作取得的显著成绩,推动我国“智慧长江”建设,促进治江事业高质量发展,阐述了韩国水利信息管理现状,并以京仁阿拉航道、江亭高灵洑智慧水利等工程为例,总结了韩国智慧水利多方面的技术与应用经验。结合长江水利委员会水利信息化的实际情况,学习和借鉴韩国在智慧水利工作中的先进经验、理念和技术,提出了建设智慧长江的建议:增强综合感知能力;强化分析处理能力;拓展智慧应用能力;推动信息全面共享。可为智慧长江建设提供有益借鉴。

关键词:智慧水利;智慧长江;水利信息化;韩国

中图法分类号:TV213文献标志码:A DOI:10.15974/j.enki.slsdkb.2019.05.001

1背景

韩国是国际上较早提出智慧水利概念的国家之一,在智慧水利领域处于世界前列。该国已基本实现水资源管理现代化以及水量、水质和水生态监测的全覆盖,大数据、人工智能等信息技术应用较为广泛,智慧水利管理系统在水资源管理和水生态环境保护与修复中得以成功应用,效果良好。

韩国年平均降水量1277mm,为世界平均降水量的1.6倍。径流时空分布不均,6-9月径流量占全年的74.14%,10月至次年5月的占比为25.86%,与我国汉江流域降雨分布相同。学习和借鉴其在智慧水利工作中的先进经验、理念和技术,特别是全覆盖水监控系统的建设应用,以及智慧水利推进水利现代化的成功经验和做法,将有助于长江水利委员会(以下简称“长江委”)开展“智慧长江”建设,加快推进水利现代化,促进治江事业高质量发展。

2韩国水信息综合管理现状

2.1韩国水利管理机构概况

韩国水管理组织体系包括水管理政策协调机构、水行政主体(各主管部门)和政策执行机构(地方政府)。隶属于总理办公室的水管理政策协调委员会从宏观上对水管理政策进行调控。水行政主体由环境部、国土建设交通部、农林部、行政自治部和产业资源部5个部门组成。国土建设交通部和环境部分别负责水资源量与水质的全面管理,地方国土管理厅和环境管理厅为与之相对应的地方执行机构,下设水资源公社与环境管理公司。

韩国河流分为11个流域,其中由韩国水资源公社(K-water)管理的4个较大水系(汉江、洛东江、锦江河、荣山江)分别设有流域议事协调机构。这些机构由中央、地方政府部门和利益相关者组成,其职责是针对流域内的防洪、供水、水力发电、水工程调度、水环境保护和生态修复治理等事项进行协商。达成一致意见后,由相关职能部门负责办理。该机制的运行,既满足了流域的整体利益,又兼顾了区域和部门的局部需求,值得在长江流域综合管理体制机制探索工作中借鉴。

汉江防洪办公室隶属韩国国土建设交通部,是该国四大流域防洪机构之一,下设综合管理、水文监测预报、电气通信和河流信息中心等部门。该机构主要职责和任务与我国流域机构防汛抗旱总指挥部办公室和水文部门大体类同,是保护人民生命财产不受洪水危害,稳定供水,均衡水资源配置,保障水资源安全;其主要业务活动是水文信息采集、防洪预案制订,实时智慧水管理系统建立与运行、洪水预报和水资源调度。

2.2韩国水利信息管理现状

K-water是韩国智慧水利建设的主要实施机构,是环境部下属的国有企业,利用信息化技术优势,在水文监测预警、防洪减灾、水资源管理、水环境保护和水生态修复等方面进行了一系列成功实践。K-water水资源管理运行调度中心负责韩国70座跨区域和地方性的水设施管理,实时接收446个水文监测站点和232处视频监控的信息。该中心整合了各主要涉水部门的信息,将气象分析和流域内的降雨预报、水文观测和实时预报、水质监测、水库调度与供水、防洪减灾和水力发电调度等功能集于一屏,并提供智能化应对措施方案。该中心利用现代信息技术,实时监控所管辖四大江河的状况,实时监控韩国20座多功能大坝、14座供水坝、17座堰和京仁阿拉航道的调度管理,系统调配与调度水资源工程,实现有效的监督管理。由三星等韩国主要信息科技公司开发的智慧水利系统(smart Water),通过数据管理、数据应用创新,赋予水资源新价值,从而实现智慧水利建设与管理。

汉江防洪办公室在其管辖的4.6万km2范围内,布设153个雨量站、147个水位站、17个自动流量测站和2部测雨雷达,通过先进的水文监测设备和手段,可实现主要水文监测要素自动化和全覆盖,洪水预报和水资源管理等业务信息化和智能化水平较高。在水信息综合管理系统方面:①利用水资源管理信息系统(WAMIS),为公众提供水利、气象相关的300余种信息;②利用水管理信息网络系统(WINS),与13家地方单位共享82项信息;③利用河流管理地理信息系统(RIMGIS)分享全国河流地理信息系统数据库和河流控制主规划,服务于汉江智慧水管理系统。

3韩国智慧水利典型应用

(1)京仁阿拉航道工程。该航道连接汉江和西海,是韩国汉江流域和堀浦川流域分洪工程的重要组成部分。该工程采用韩国顶尖的环保技术,科学控制航道内水域盐度,维护航道内水生态系统平衡,加之运用工程远程数字监控实现无人运行调度,是名副其实的智慧水利工程。京仁阿拉航道管理中心见图1。

(2)江亭高灵洑智慧水利工程(见图2)。该工程是洛东江智慧水利和生态修复的重要工程,建于2012年9月,耗資2.5亿美元,主要任务是确保供水、防洪、水力发电、生态修复和环境提升等。江亭高灵洑智慧堰坝采用基于ICT(自动在线测试仪)的流域管理系统(见图3),对洛东江流域多功能堰坝群(2坝8堰)进行管理,流域防洪与河道水量保障得到明显改善,水生态修复效果突出。

(3)ARC智慧水文化展馆(见图4)。该馆建筑面积达3200km2,是2012年韩国世博会利用科技手段为宣传韩国河流治理成就而建造的高标准河流文化馆,主要向世界展现韩国在河流生态修复和智慧水利建设领域取得的成果和经验,是韩国水与自然文化的体验中心,也是利用信息化和大数据等高科技手段建成的水文化馆,馆内设有“河流与人”“河流与音乐”“河流与文学”“河流与娱乐”和“河流与时问”等多个专题区域。

(4)大青多目标水坝和百济水生态修复工程。该坝1980年建成,是韩国大田和青州的供水水源地。大青坝的建设目标包括供水、防洪、水力发电、水源区保护和提高人民生活水平。大坝与韩国水资源管理信息系统(sWMI)、水资源调度系统和Smart Water连网,保障流域内精准的防洪调度、自动化的水质和水情监测以及高效输水供水。为保障水库常年保持Ib等级水质,大坝管理单位需要采取以下措施:①保护水库周边环境,同时支持周边地区改善经济项目;②实时监测水质,监控水库内可能发生的水藻;③拒绝污水入库,不搞水产养殖,定期清理水库漂浮物。大坝右侧建有水文化中心,客观展现了工程建设前后的环境、经济变化,宣传水环境治理的必要性和合理利用水环境的重要性,把供水、水资源保护和水文化宣传融为一体。

(5)百济堰水生态修复工程。该工程是韩国锦江修复工程之一,其主要作用包括:①水资源联合调度;②修建鱼道并进行生态调水,改善和修复区域内的生态环境;③兴建汽车宿营区、娱乐区和沿河的生态河流公园等。

4韩国智慧水利技术与应用经验

(1)在制度上,基于行业管理和区域管理的统筹协调,韩国水利管理中部分引入了企业作为管理的主体。

(2)在理念上,韩国非常注重水利工程的多目标实现、水利工程群的联动、水资源综合效益的发挥。同时,还非常重视水文化建设和吸引社会公众的参与和关注。

(3)在技术上,K-water将目前最先进的信息化手段集中运用到水资源管理过程中;信息数据获取便捷、高效,无线wifi基本全覆盖,信息化、智能化应用的生态环境较为健全;高度重视数据积累、生产和共享,信息化决策支持拓展有效,为水资源管理迅速决策提供有力技术支撑;在线响应贯穿始终,物联网应用很普及。

具体来说,韩国水利工程采用智能控制和管理,在洛东江综合统一管理、京仁阿拉航道水质管理等方面实现部分智慧应用。

(1)在站网监测方面,涉及大坝、发电厂、闸门、航道和地下水等涉水对象,在线、视频等各种监测统一管理,完成水量、水质、水生态和水工程监测的全覆盖。

(2)在资源整合共享方面,采用跨部门、跨区域、跨行业的综合水管理,实现了数据一元化和水网地图数字化,涉水信息统一监控与管理,信息化全面支撑水业务。在对外服务方面,建立智慧水管理系统,为公众提供Mv water统一服务,每月定期提供咨询情报,建立完善发布统一网站。

(3)在新技术应用方面,大数据、物联网技术广泛应用,数据挖掘充分,运用可视化管理,完成了多个智能的水业务应用,初步实现水资源管理现代化。例如在大田市河流中安装多个无人自记站、鱼道监测站和预警广播系统,均采用了物联网技术,可以实现智能预警告警。

5智慧长江建设启示

按照“水利工程补短板、水利行业强监管”的水利改革发展总基调和“安瀾、绿色、和谐、美丽”4个长江的目标,对比韩国水利信息化建设发展水平,长江委水利信息化还存在明显的短板和弱项,主要体现在以下几个方面。①监测感知能力不足,特别是在河湖水域岸线、湿地、水生态、河道采砂和涉水工程管理等方面,对水域空间的监测还有空白;水文站网布局存在不平衡,省界(国界)断面站网不足;监测手段和方法也需要现代化。②业务领域信息化发展不平衡不充分,“水流”管理方面的信息化工作有基础但有短板,“水盆”(水域空间)管理方面的信息化是弱项甚至空白;大数据和人工智能的应用还未起步;监督管理方面的信息化薄弱,对“水利行业强监管”的支持和服务能力欠缺。③信息资源整合深度不够,水利系统内部横向整合共享不足,信息使用效率不高,业务协同不够;流域内部门问、行业问信息共享困难,缺乏信息共享协作机制。

韩国的防洪、供水、水环境、灌溉和发电等部门或企业,按照职责分工,采取不同方式管理水资源;但相关的涉水监测信息,互为补充,有效共享。对长江委而言,需要根据流域自身特点和工作实际,不断推进涉水信息资源共享和提升智慧水利信息化技术水平。

(1)增强综合感知能力。优化整合已建站网,补充完善站网布局,建成一批集水资源、水环境、水生态、泥沙和水土保持等一站式综合站网,提高监测自动化水平,实现一站多能。广泛采用卫星遥感、无人机监测、视频监视、移动物联网等技术,在现有监测站网基础上,充分利用4G/5G技术,进一步扩大感知范围,加快构建流域“空天地一体化”全覆盖综合水监控体系。

(2)强化分析处理能力。整合集成流域内水利系统已有涉水信息,汇集接入自然资源、生态环境、农业、交通等其他部门的涉水数据,强化大数据和人工智能的应用,逐步建成长江流域水安全与水生态修复大数据中心。

(3)拓展智能应用能力。积极引进物联网、大数据等信息技术,以水调度与水资源综合管理系统(水流管理)和河湖保护与综合管理系统(水域空间管理)为主要业务支撑,以流域监管综合政务系统为纽带,构建长江流域全覆盖水监控系统,分阶段实现水流管理和水域空间管理的智能应用,为长江保护与治理提供信息支持与服务。

(4)推动信息全面共享。目前已有的相关监测数据及成果分散在相关部门,建议长江委在统一规划指导下,统筹协调推进有关行业和流域各地的涉水信息监测体系建设,各涉水部门分工负责,共同推动建立流域涉水信息共享机制。同时,应加强行业内水资源、水环境、水生态监测等的技术数据和业务信息共享,不断提升流域综合管理的水信息支撑。

借鉴韩国智慧水利应用经验,发展适合长江流域水旱灾害防御、水资源管理、水生态保护等业务的智慧信息系统,有助于长江委更好履行流域水行政管理职责,推进长江流域水利信息现代化,为今后一个阶段治江事业和长江经济带建设提供技术支撑。

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