鲍淑君，王建华，刘 淼，高学睿，周毓彦

（中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，100038，北京）

随着全球人口快速增长和工业化、城镇化的推进，加之全球气候变化影响，水安全成为一个世界性的挑战。水网作为水循环系统的物理载体，是所有水循环调控行为和措施的客观基础。无论是防洪抗旱减灾，还是水资源的配置、节约和保护，抑或是相关管理制度的建设，均可以统一到“自然—社会”二元水网系统的软硬件建设上来，水网工程既是各类水利基础设施的综合体，也是水资源管理制度及其决策支持系统的集成化平台。与此同时，在信息化潮流的驱动下，数字地球、智慧地球、物联网等相关理念和诸多信息技术纷纷被应用于水领域当中。“智能水网”（Smart WaterGrid）作为这两大焦点与前沿领域的交集，被许多国家作为解决区域水问题的重要途径并付诸实施。在我国，国家层面正在积极有序探索水系连通工程建设，同时将信息化作为水利现代化的重要载体，深化水管理体制与机制改革，“智能水网”工程已初见端倪。一些地区也从自身水情和实践需求出发，建设各具特色的水网工程，上海市、北京市、无锡市、海南省、山东省、山西省等地区率先启动相关工作。为借鉴和分享国际智能水网建设实践经验，专门对美国、澳大利亚、以色列、韩国等典型国家的“智能水网”建设实践进行了系统整理，以期促进我国“智能水网”工程建设。

一、典型国家智能水网建设实践

1.美国：国家智能水配置网与区域水信息服务网

美国为“智能水网”提出了三个关键词：自动化、交互性、智能化，其发展大致可分为四个主要方向：①基于先进的计量基础设施建立水管理系统（AMI）；②通过水资源管理设施和智能电网优化能源使用；③建立水质和水量的联合检测平台；④构建水资源高效管理系统。美国“智能水网”建设理念通过其国家层面的“智能水网”项目和州层面的蒸散发网络项目两个典型案例得到突出体现。

实践方面，美国主要推进了国家水配置网络工程和区域以水信息服务网为主体的“智能水网”建设，其中以配置为主要内容的国家 “智能水网”（National Smart Water Grid,NSWG）从密西西比河调水至科罗拉多河，以解决水资源供需空间不均的问题。区域上，德克萨斯州蒸散发网络（Texas Evapo-Transpiration Network）项目是美国德克萨斯州灌溉技术中心的一个项目，在线为用户提供天气数据、当前和平均蒸散发数据，从而为用户提供灌溉建议。

2.澳大利亚：SEQ“智能水网”工程等典型案例

在历经2004—2007年严重水资源短缺危机后，澳大利亚初次提出了“智能水网”的概念，随后澳大利亚发生了历史上最大的旱灾，主要储水设施的储水率下降到17%，加快了“智能水网”工程建设的进程，其典型案例包括SEQ“智能水网”工程、维多利亚“智能水网”和宽湾“智能水网”工程等。此外，2012年7月澳大利亚政府提出打算建立起全国“智能水网”。

SEQ“智能水网”工程（昆士兰州东南部智能水网）于2008年开始建设，共耗资70亿美元，是自雪山水电项目以来澳大利亚最大的基础设施。主要通过输水管网把澳大利亚供水区域和缺水地区相连通，并构建一个智能化的水资源管理平台，通过区域综合管理降低水资源短缺的风险并实现多水源的高效利用，以应对干旱，确保长期的水安全。维多利亚“智能水网”将东北的威米拉河与东南的吉普斯兰河联系在一起，目的是应对当地可能发生的缺水问题。澳大利亚宽湾自来水公司（Wide Bay Water Corporation）负责给昆士兰州的费沙海岸地方政府管辖范围的供水排水，为工业用水提供回用的废水，所涉及工业有灌溉、跑马场农业和硬木种植场。

3.以色列：国家水网工程建设实践

以色列是世界上闻名的缺水国家，水资源格局与生产力布局不匹配。1953—1964年，以色列历时11年建成全国输水系统，将北部加利利湖水提水372 m，通过管道运向沿海和南部地区，成为以色列全国统一调配水资源的主动脉。以全国输水系统（National Water Supply）为骨干基础，配套灵敏科学的水资源调配系统和高效集约用水系统形成的国家“智能水网”工程，极大地改善了以色列的供水状况。该水网工程系统框架具有五大主要特点：①深埋地下；②系统开放；③系统可拓展；④技术尖端；⑤经济合理。主要包括水底管道和泵站等主要工程，同时，为实现水资源科学灵敏的实时调配，工程实行水资源统一调配与管理，配套建有集信息采集、传输、储存、处理、调度功能为一体的水资源统一调度系统，由计算机调度系统实时给出优化的供水方案。

4.欧盟国家：“智能水网”技术设施

法国、西班牙和荷兰计划推出1100万个智能水表，荷兰制定了智能电表的标准，德国埃尔丁的运营已经联手通用电气建设水资源和能源的先进计量基础设施。位于地中海意大利南面的一个岛国马耳他一直遭受水资源短缺问题困扰，由于全球气候变暖以及其他一些影响，马耳他水资源短缺的问题将更加严峻。因此，从2009年起，马耳他联合IBM发起了为期5年耗资7000万欧元的国民项目来建立国家水资源和电力系统方面的“智能水网”和先进计量设施。

5.韩国：“智能水网”建设框架构想

韩国建筑科学研究院（KICT）的专家正在致力于推进区域化的“智能水网”建设。他们认为，“智能水网”是面向未来的水资源管理技术，可以通过提高水资源生产、供给和管理效率，来解决水资源区域不平衡的问题，要求把最新信息和通信技术与现有水资源管理进行融合和整合。2011年始，KICT就开始实施“智能水网”项目，其目标是开发核心技术，如水资源获取和处理、管道网络、“智能水网”的子网和微型网的建设和综合管理。KICT将在建的“智能水网”定义为“能够对水资源和能源生产及其供给效率和能耗进行实时互动监测的智能水环境和基础设施建设技术”。他们认为把分布式智能水资源生产和供给网络与信息通信技术结合起来，在能够有效连接区域水资源和现有水网的基础上，实现智能化。他们推进的“智能水网”项目主要包括以下四方面研究领域：①通过建立先进的水资源管理信息平台系统和水资源管理设施的传感器网络来收集管理信息，推动水资源管理的信息管理；②建立可替代性水资源的利用和交易系统，促进水资源的有效生产和配置；③将电网和“智能水网”连接起来，从而节约水资源生产过程中的能量消耗，提高水资源管理系统的效率；④先进测量基础设施（AMI）搭建了智能水账单系统，防止水渗漏。主动获取可替代水资源，采用灵活的供水技术，是“智能水网”概念中的重要部分。

二、国际智能水网实践的总结与启示

总结上述国际上不同国家“智能水网”实践的相关经验，可以形成以下几方面的基本认识或结论：

一是“智能水网”的实践探索是治水需求和信息化进程并行发展到一定阶段的必然产物。水网作为水循环调控的物理载体，是水事活动的客观基础，因此是水利建设的主体内容。随着水循环系统日趋复杂，水循环的调控正在向着科学化和精细化感知、仿真和管理的方向发展。作为耦合水循环调控和信息化管理的综合载体，缘起于欧洲、美国、澳大利亚等发达国家的“智能水网”，反映了与社会经济高阶发展相适应的现代水务管理的发展趋势。高速的社会经济发展一方面带来了更加复杂的水资源供需情势和水务管理的新难题，对供水保障能力、污染治理强度、灾害防控安全等级提出了新的要求，从而形成了新的水务管理体系需求；另一方面，信息化技术及产业的发展使水务管理中的大规模、精细化的信息采集、管理、分析乃至自动反馈控制成为可能。正是在这样的背景下，面向不同业务需求，各国及相关产业机构分别对其水务智能化建设展开探索，如以水资源时空调度为服务目标，以信息化监控决策为手段的美国、澳大利亚“智能水网”工程，以及法国、西班牙和荷兰等国面向高效供水管理所推行的智能水表等。

二是”智能水网”是当前水行业发展的主流趋势，这在许多国家的中长期规划中有所体现。在需求增长和技术进步双重驱动下，“智能水网”所代表的信息化、智能化、系统化的新型水务管理模式必将成为全球水利管理的典型模式，“智能水网”建设也因此成为当前各国和相关机构的战略选择。韩国政府计划从2012年推动大规模的 “智能水网”研究和产品开发，澳大利亚政府也于2012年7月提出正式开展国家层面“智能水网”的建设。美国也正在积极筹备成立国家“智能水网”委员会，从政策和体制建设角度增强其国家水务管理的决策能力。水务智能化革新的战略性地位决定了在今后一个相当长的时期内，“智能水网”必将提振水利建设领域的一个新的市场，从而催生水利行业的新型产业模式。

三是“智能水网”的应用正从水资源调配与管理领域向外不断拓展，逐步演变成为现代水务的综合性载体。纵观各国“智能水网”的发展历程，其启动初衷多为通过水资源系统调配解决区域缺水问题，但随着“智能水网”理念及系统性信息化建设的展开，“智能水网”管理体系模式逐渐展现出其在水资源调配、供水、水资源管理、水处理、水环境保护等多方面业务中的强大能力和优势，从而奠定了“智能水网”新一代水资源管理系统的地位。“智能水网”也是一个面向未来的水管理技术，它通过有效地生产、供应和管理各种水资源可以解决区域水资源的不平衡。当前以美国、澳大利亚和一些欧洲国家为代表，全球众多面向不同业务平台类型的“智能水网”系统正在建设中。

四是“智能水网”是现代信息技术、自动化控制技术与水技术的集成系统，信息化、自动化和辅助决策是其共性特征。归纳当前国际领域内“智能水网”建设的内容和方向，可大体描述为通过实现水资源生产、运输及中水处理回用等水资源配置各个环节的智能化升级从而提高水资源管理水平。其具体建设领域主要可归纳为以下几类：①提高水产品生产和水处理的效率；②减少成本费用及能耗；③维护水资源设施，保护水资源系统可持续发展；④缓解水资源区域不平衡；⑤保证饮用水安全；⑥把国内外水资源开发利用的先进技术应用于水资源管理；⑦解决水资源的多目标复杂性。尽管当前世界各国及不同技术机构纷纷提出了具有自身特色的”智能水网”建设方案和建设目标，但从总体上看其对系统智能性特征的描述均主要集中体现在高覆盖率信息采集—传输—分析体系、无人值守的自动化设备体系以及建立在复杂数据挖掘技术基础上的决策支持体系。

五是当前国际上 “智能水网”的实践目前还处于具体水问题的解决策略层面，尚没有形成顶层设计框架和系统性的学术成果。通过对“智能水网”国际发展情况的调研可以发现，当前各国和各相关机构已开展的“智能水网”建设多集中于水资源调度、城市供水、水污染治理，水生态保护等单一业务系统的智能化升级，对具体的水问题提供业务系统层级的信息化、智能化解决方案，尚未形成具有整体视野的系统性建设框架和顶层设计。在国际文献调研中也尚未发现关于“智能水网”整体体系建设理论的成形科研成果。进行“智能水网”顶层设计，优化面向涉水事务一体化管理体系的“智能水网”建设框架方案，是全球领域内水务智慧化发展道路上亟待解决的纲领性战略问题，也是当前各国水务建设的主要突破方向。

[1]Queensland Government.South East Queensland Regional Plan 2009—2031[R].Australia：The State of Queensland(Queensland Department of Infrastructure and Planning)，2009.

[2]Asia Pacific’s sustainable business community, Southeast Queensland’s smart water grid attracts international attention.[EB/OL].http://www.eco-business.com/news/southeast-queenslands-smartwater-grid-attracts-international-attention/.

[3]National Health and Medical Research Council.Australian Drinking Water Guidelines[M].Australia：National Health and Medical Research Council，2011.

[4]Carol Brzozowski.The “Smart” Water Grid:A new way to describe the relationship between technology,resource management,and sustainable water infrastructures[J].Water Efficiency,2011,6（5）.