构建水资源数联网 创新国家水治理体系

2020-09-24
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来源:《行政管理改革》2020年第9期作者:许正中 李连云 刘蔚

[摘要]目前我国已经建成了全球最大的移动宽带和光纤网络,拥有全球最大规模的物联网网络连接,开展全球最多的智慧城市项目。反观我国的水资源管理,需引进数字管理的理念,解决缺水与浪费水相矛盾、量少且质差以及市场化配置程度低等问题;再加上水资源的数字化程度更低,数据缺失、数据量少、数据孤岛和利用率更低。针对这些问题,本文提出以区块链、大数据、物联网的先进理念和技术手段推动水资源社会基础设施的技术性转型和数字化建设,构建全国统一的“水资源数联网”技术性社会基础设施,形成像管电一样的全新的水资源治理体系,在夯实国家技术型社会基础设施的同时协同推进水资源的保护治理、协同调度、灾害预警和应急管理等。

[关键词]水资源;区块链;数联网;技术性基础设施

[中图分类号] D63 [文献标识码] A

  在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上,习近平总书记强调了“以水而定,量水而行”以及“重在保护,要在治理”的工作重点,为强化水治理、保障水安全指明了方向。水资源是人类生存的根本,与社会进步、经济发展、生态保护等各个方面息息相关,[1]历来治国安邦,都需要兴水利除水害,对水资源的保护、开发、利用和控制直接影响和制约中国的社会经济发展。针对水资源开发利用方面存在的问题,国家也相继出台了一些政策指导相关工作。

  一、中国水资源开发与管理方面存在的问题

  (一)水短缺和水浪费并存的状况

  首先,中国是一个水资源较为匮乏的国家。据不完全统计,中国水资源总量为2.8万亿m3,但人均占有水资源量为2100m3,仅为世界人均水资源拥有量的1/4。而中国全国年平均降雨量为61.89亿m3,降雨量的45%形成为地表和地下水资源,其余的55%都蒸发掉了。同时中国水资源的时空分布很不均匀,南方水多北方水少,全国水资源量的80%集中在长江流域及以南地区。北方地区人口密集、城市集中,但拥有的水资源总量仅占全国的7.5%左右。[2]另外,降雨的时间分布也非常不均匀,年变化量较大。此外,在水资源匮乏的情况下中国水资源的利用率低,开发程度差,造成了“费水”问题。以生产同样的粮食为例,中国的总用水量比美国多一倍。农业用水占中国总用水量的73%,但农田灌溉水有效利用系数仅为0.4,与世界先进水平0.7~0.8有较大差距;在工业上,中国万元产值的耗水量120立方米,发达国家仅有100立方米[3];在生活用水方面的浪费现象更是随处可见。

  (二)水资源的总量不足,但同时水质污染问题面临严峻形势

  2010年,全国38.6%的河流水质劣于三类,2/3湖泊富营养化,水功能区水质达标率仅为46%,原因主要来源于工业生产。目前中国还有许多工业企业仍然是粗放型生产模式,工业废水处理并不理想,即使实现了达标排放,还有大量污染物排入江河湖泊中,污染程度已经超过河流湖泊自身的环境容量。饮用水源的污染给城市的供水带来了极大困难,如水源中藻类繁殖严重,有机物总量或单项浓度超标,水网中存在环境激素类物质以及病原微生物隐患等。[4]

  (三)水资源管理的市场化配置程度较低,管理手段低下

  水量缺乏、水质污染更多是先天条件问题,针对水资源的市场化配置程度差则属于后天管理问题。中国的水资源在使用和管理上缺乏经济手段和市场化调节机制。中国水价总体偏低,成本和水价偏离,政府实行亏损补贴,低水价实际上鼓励了水资源的高消费,浪费水、污染水的现象普遍。并且,偏低的水价不能反映随着供求关系与物价变动的供水成本变化,水供需价格弹性缺乏。[5]受政府定价、因公益供水改天换地而节水意识薄弱、成本核算不科学、水资源费和污水处理费调整连带的影响,调价难与经营不善现象并存,政企用三者责任不清、分担机制不科学问题突出,政策性亏损与经营性亏损时有发生。[6]

  二、我国水资源管理的技术性社会基础设施落后

  数联网作为未来社会重要的技术性社会基础设施,在水质水量管理方面起着基础性作用,数联网的铺就是信息社会发展的必然要求。在数字社会管理中,大数据和人工智能(AI)是其中两项关键技术。数据的发展和应用,对全球生产、流通、分配、消费活动以及经济运行机制、社会生活方式和国家治理能力,将产生越来越重要的影响。基础设施是指为社会生产和居民生活提供公共服务的物质工程设施,是用于保证国家或地区社会经济活动正常进行的公共服务系统,是社会赖以生存发展的一般物质条件。技术性社会基础设施是指根据社会发展需要,用最新出现的技术对传统的基础设施进行新技术的再装备,同其他基础设施和管理手段相匹配,水资源技术性社会基础设施也是国家社会性基础设施网络中的重要组成部分。针对水资源的基础设施建设与信息化管理,国外已有一些先进的建设方案。例如,美国国家水信息系统(NWIS)提供了对美国50个州监测站的水资源数据访问,这些数据可供州地方政府、公共和私有设施使用,不仅可用于水量调度决策,也用于洪水预警系统的开发,桥梁、水坝和洪水控制工程设计,分配灌溉用水、定位污染源以及预测放射性废物处理对水供应的潜在影响等。[7] [8] [9]俄罗斯的水文系统AHIS则记录包括水资源数据和水质数据,并精确保留了实时监测数据与历史积累数据,定期监测水体的重要指标变化、长系列观测数据的水文规律分析与研究,水文水情分析数据等。[10]欧盟的水信息系统WISE是一个完整的数据共享系统,通过该系统可以了解欧洲水信息、水资源的各方面信息,并成为决策者和技术工作者沟通的桥梁。[11]澳大利亚的水资源信息系统AWRIS负责接收、标准化、组织和解释来自全国200多个组织的水文数据,并能够给公众提供高质量的数据、报告和预测信息。[12]中国的水资源开发与管理起步较晚、经验不足。李克强总理在对国土绿化、森林草原防火和防汛抗旱工作中对水资源的建设管理作出重要批示:“加快补齐水利基础设施短板”。[13]赵钟楠等提出“推动水利基础设施高质量发展是当前和今后一个时期水利工程补短板的根本要求,是实现水利现代化的必由之路,事关生态文明建设、乡村振兴、区域协调等国家战略实施”。[14]赵伟等在研究中提出应“全面厘清水利基础设施高质量发展的基本内涵和工作思路,以问题为导向,以目标为引领,把握治水之度,构建全面支撑中国经济社会发展和生态环境保护的水利基础设施网络”。[15]因此,采用新兴信息技术的技术理念,实现重构和完善国家技术性基础设施,既能够夯实国家基础设施网络的整体构架,同时也是适应国家治理体系新要求的必要举措。

  (一)水数据的可信计算是关键

  数据可信计算首先要解决数据的信用问题,即保障数据来源的真实可靠。在这方面,区块链技术的防篡改机制可以有效发挥作用。 其次,要保障数据在互不暴露的情况下进行有效地协同分析, 特别是进行人工智能建模。在水资源开发、管理、保护与可持续利用进程中,水文站网是水资源数据监测、采集的基础性节点,更是对水资源体系进行管理、分析、评价、研究的前提,是实测水文信息、探索基本水文规律、水资源评价、水文计算、水文情报、水文预报、水患预警、水文科学、计量调水等方面研究与应用的基础。世界气象组织(WMO)提出了容许最稀站网密度的推荐标准:单位面积容许的最稀观测站数(见表1)。

表1 世界气象组织(WMO)推荐的各类站点容许最稀站网密度表

地区类型

站网最小密度(每站控制面积,Km²)

雨量站

水文站

蒸发站

温带、内陆和热带的平原区

600-900

1000-2500

50000

温带、内陆和热带的山区

100-250

300-1000

  注:水文站网密度分“现实密度”与“可用密度”。前者是指单位面积上正在运行的站数,后者则包括虽停止观测,但已取得有代表性的资料或可以延长的站数。以满足防汛抗旱、水资源评价和开发利用的最低要求,由起码数量的水文测站组成的站网,称为容许最稀站网。

  新中国成立以来,我国进行了四次全国范围的水文站规划。[16]国家发展改革委和水利部下达2019年度水文基础设施建设投资计划9.5亿元,重新布置水文站的投资和建设任务。但与国际标准相比,中国资源分配不充足的问题比较突出。例如在边远的西部山区,站网密度远远低于世界气象组织推荐容许最低密度。在江苏、浙江、广东省等部分区域的站网虽已达到世界气象组织推荐的标准,但这些区域均属水量丰富、水系发达或者城镇密集、经济集中的区域,其现有站网密度仍不能满足社会实时性服务需求以及解决突出的水问题,不能满足国民经济建设与社会发展的现实与长远需求。

  (二)水文数据难以形成联邦学习机制

  联邦学习是一种加密的分布式机器学习技术,是指参与联邦学习的各用户在不共享本地数据的前提下共建 AI 模型。它由谷歌2016年最先提出,参与方在本地进行模型训练,然后仅将模型更新部分加密上传到云端,并与其他参与方的模型更新部分进行汇聚整合,形成一个公共的模型;这个公共的模型再由云端下发给各参与方,通过反复的本地训练以及反复的云端整合,最终得到一个更好的 AI 模型。中国的水文站建设开始较晚,截至2018年底全国水文部门共有各类水文测站121097处,包括国家基本水文站3154处、专用水文站4099处、水位站13625处、雨量站55413处、蒸发站19处、地下水站13489处、水质站14286处、土壤墒情站3908处、实验站43处。2018年水文部门报送各类水雨情信息9.64亿份,发布洪水预警835次。通过水文信息的采集与分析,近年来成功防御了长江、黄河、淮河、松花江等流域编号洪水,科学防范了“山竹”、“温比亚”等台风袭击,及时有效应对了金沙江、雅鲁藏布江4次堰塞湖事件,为科学防御水旱灾害提供了坚实的技术支撑。但与国际数据标准和国际行业领先水平相比,中国以水文数据为基础的水资源数据管理体系还存在一些问题。水文数据未能达到很好利用,难以发挥最佳效益。

  (三)数字驱动能力匮乏

  水资源管理需要有效借助数据驱动的量化、感知、决策能力把握瞬息万变的水量水质变化,以数据为核心要素驱动商业模式和产品服务创新,敏捷地响应客户群体需求,由面向连接的信息基础设施向数据驱动的信息基础设施转变。当前全国水文站网功能较为单一,超过90%以上的水文站网没有与气象数据实时耦合,水文监测功能无法发挥。同时,水文站不同程度受到水利工程的影响,失修率高,影响了水文站网的稳定和数据资料的连续性。水文站自动化程度低,全国基本没有无人操作的自动化的全功能水文站,测量精准度差、数据隔离严重,缺乏数据共享能力,形成了一个个水文数据的孤岛。

  (四)水文数据耦合性和匹配度较差

  缺乏水环境相关数据监测措施,在水文基础设施中,用于监测水质的站点监测断面距离长,代表性差。特别是在城市河段和污染事故易发河段,监测断面密度低,难以准确掌握河道污染情况。水文数据耦合性差,不能跟环境、气象类数据进行耦合分析,单一监测数据难以揭示各要素的相互作用,水生态监测体系仍然需要不断完善,水资源的相关数据服务仍需规范和拓展。

  (五)水文矢量数据精度低,水资源数据利用率更低

  在铺就绿水数联网新的信息基础设施时,一方面需要整合各种信息化资源,特别是云网资源;另一方面,需要有一个完整的体系来支持数据采集、处理、分析、存储的全流程,并且与各个环节密切衔接。数据驱动的数联网信息基础设施包括数据湖和数据中台。数据湖的优势在于能够打破数据孤岛,更加轻松地挖掘数据价值。而数据中台可以更加全面地支持基于数据化转型,有效地把前端和后端衔接起来。水文要素存在变化复杂性、随机性和不重复等特性,因此长期监测和积累精确的水文数据是非常重要且必要的措施。但当前中国的水文站一般设施落后,[17]缺乏精确连贯的科学记录,监测数据大部分依赖人工监测,容易存在偏差、精度低、自动识别和更新能力慢等问题,缺乏整合能力。同时,以水文数据为代表的水资源数据利用率低,综合研究成果转化率低。近年来,受全球气候变化和人类活动影响,极端天气事件明显增多、水旱灾害不确定性显著增加。在这种情况下,不仅要珍惜保护水资源数据,更要充分分析、严谨对待、高效利用。虽然中国水量预报的精确度已经达标,但在中长期数据积累和即时预警方面与国际先进水平还存在一定差距。尤其是对于中长期积累数据的保存性差、利用率低,对于通过充分发挥水资源大数据的重要作用来揭示规律和预防灾害的技术研究仍存在短板。

  三、中国水文及用水管理现代化的战略构想

  党的十九大提出要加快建设网络强国、数字中国和智慧社会。[18]随着新兴信息技术的迅速发展,区块链技术的集成应用已经成为技术革新和产业变革中的关键性技术。习近平总书记强调,要抓住区块链技术融合、功能拓展、产业细分的契机,推动区块链底层技术服务和新型智慧城市建设相结合,探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的推广应用,提升城市管理的智能化、精准化水平。水资源基础设施负责监控雨情、水情、墒情变化过程和地下水位、水质动态等重要信息。这些不仅是城市建设发展、水资源合理开发利用、保障社会民生安全、防汛救灾的基础保障;同时也是国家现代化治理体系中的重要环节,是实现与提升城市智能化、精准化管理的必要措施之一。

  (一)夯实像管电一样管水的基础设施

  构建绿水数联网有两个基础,一个是多维数据,即通过数据升维来全面刻画对象;另一个是关于对象的先验模型,即重建是有现实模型的,而非单纯的数据变换。 数据升维和基于模型的重建是一个反复迭代循环的过程,数据升维不断完善对象的模型,而对象的模型指导和优化数据升维的过程,需要先验模型、数据升维、神经网络和强化学习的综合应用。我们要倡导政府全面实现数字化转型,按照信息普惠原则,积极整合社会公共基础设施,拓展其能够提供的公共服务形式和途径,全面夯实国家技术性基础设施的建设。本文认为,针对水资源基础设施的管理,要实现“像管电一样管水”。电力资源基础设施同水资源基础设施一样,都是重要的保障性社会公共基础设施。中国针对电力资源的管理理念先进、发展迅速,在顺应技术和行业发展趋势的情况下已基本实现了电力资源的统一智能化高端管理。智能电网技术是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合,并与电网基础设施高度集成形成的新型现代化电网结构,[19]其特点呈现为“信息化、数字化、自动化和互动化”。电力资源和水力资源同属国家能源,在建设、利用和管理模式上均存在相似特性,因此可借鉴中国电力管理的先进理念应用于水力资源的管理过程中。例如,在水源侧实现以水文站点为基础的水资源基础设施网络互联,形成采集、整合水资源基础数据的分布式数联网结构。实现对水源、水质、水量的实时监控和实时调度,通过构建全国性的一体化水能资源网络,构建覆盖全国的水资源监控平台、输送平台和交易平台。从水源侧实行分布式源头把控,对水资源体系进行标准化管理和均衡化调度。大力推动自动化水文检测系统的建设和布局,通过区块链技术搭建分布式“水资源数联网”,保障水资源大数据在网络中“安全可靠、公开透明、共享兼容、畅通无阻”的流通。利用水资源分布广泛、无处不在、无处不用的特点进一步形成与其他资源结合,形成可全面支持社会民生、经济发展、资源利用、防灾预警等多种功能的泛在式、流动式的全国整体能源网络。在用户方面,可以借鉴国家电网的“全覆盖、全采集、全费控”的资源信息采集系统建设方案,形成信息采集实时到户的“智能水表”,进一步与电、气等其他资源结合共同实现同步结算和实时调度。同时针对用户能源耗费数据进行长期监测与积累,构建用户能源消耗的行为分析和趋势模型,为深入推进能源网络互动化、能源高效利用、清洁能源替代推广等提供数据分析基础和科学决策实例。

  (二)建构以区块链、大数据为基础的水资源数联网技术支撑平台

  基于区块链的数据确权和数据交换,有助于在更广泛的范围内实现数据的安全共享和可信计算。区块链技术基于密码学理论构建分布式链式账本,其泛在化、不可篡改、透明可追溯等优势,契合了大数据时代下的数据确权和数据交换等需求。以大数据、云计算、人工智能、区块链等为核心的新一代信息技术已经广泛渗透了公共服务、社会发展、民生安全等方方面面。在技术革新迅速发生的背景下,大数据已成为新的生产要素,数据的交流成为一个重要的发展方向。[20]通过新兴信息技术手段解除水资源数据的隔离问题,形成可供交流的数据要素是一项必要、可行的技术措施。本文提出建设技术性基础设施的理念,利用区块链等革命性信息技术手段来重构水资源基础设施的形态,将原先不可信的、无关联、不共享的物理设施通过信息化手段形成一个可信的、共享的、相互关联、相互兼容的数据互联互通网络。区块链技术是一种由多方维护、数据无法更改的分布式账本技术,具有泛在化、共同维护、不可篡改、加密安全等特征,能够在脱离中心化机构的情况下使参与方建立互信,这一优势适合于改进物联网现有架构;[21]也适用于技术性基础设施的数字化构架。首先,用标准化、归一化的数据体系描述水资源物理基础设施的形态特征和属性特征,记录设施运行和监控过程中的全流程数据并形成统一的水资源数据体系。其次,鉴于水资源基础设施原本即是分散的、无中心节点的形式,而区块链技术正是泛在化的互联技术。通过区块链的方式形成水资源数据体系的分布式存储、分布式管理,不仅能够建立一种低成本的对等价值传输网络,同时也具备不可篡改的特性,有效保障水资源数据的价值确权和资产数字化。[22]最后,在数据对等传输网络的基础上,让各个水资源基础设施通过“数据描述和数据表达”的方式成为虚拟的、分布式的、标准统一、互联互通的数据节点,实现公正可信、兼容共享、互联互通,最终形成一个全局性的“水资源数联网结构。”

  (三)推动技术性基础设施的共享发展

  区块链用加密和共识算法保证数据不可篡改和伪造,让抵赖、篡改和欺诈行为的成本巨大,能够实现用户实名制和身份准入验证,有助于建立安全可信的共享规则与秩序,奠定了社会共同治理的信任基础,从而解决数据共享过程中的身份和权限问题,也带来了“数据即服务”的理念。党的十九大报告指出,要建立健全大数据辅助科学决策和社会治理的机制,推进政府管理和社会治理模式创新,实现政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化。[23]用大数据助力治理现代化的重要措施之一即是推动数字化基础设施的开放共享。对水资源技术性基础设施的数字化建设是基础,搭建数联网的网络化构架是实现形式,而目的则是实现技术性基础设施的共享式发展。中国水资源的体系管理缺乏统一标准,水质数据、水文数据、水利数据自成体系缺乏互通,并且与其他资源数据、气象数据、环境数据等均无法兼容,在“数据孤岛”的情况下也直接导致了数据沉积无法利用。美国的水信息系统NWIS即是整合了多个水资源系统,形成包含地下水数据、水质数据、水利用数据等描述地表水和地下水监测数据以及水样分析结果,同时也形成了包括相关气象数据和监测设备数据的完整数据体系,能够实现数据的实时更新和实时共享。因此,通过构建全国统一的水资源数联网网络结构,搭建一个集成水资源数据、水环境数据、气象数据、环境数据于一体的数据管控平台、数据共享平台和数据开放平台,增强资源开发利用和环境监测保护全方位全过程的监控、管理和分析;在完成水资源技术性基础设施数字化建设和共享式发展的同时,也积极推动其他能源、资源类基础设施的整体技术性转型,促进集成构建全国资源类技术性基础设施的整体兼容和共享发展。

  (四)完善国家应急管理体系的社会免疫系统

  2018年国家应急管理部的成立,标志着应急管理工作成为中国公共安全领域国家治理体系和治理能力的重要构成部分。中国是自然灾害较为严重的国家之一,自然灾害种类多,分布地域广,灾害频发严重危害了人民生命财产安全。根据国家应急管理部发布的统计信息,2018年中国自然灾害共造成全国1.3亿人次受灾,直接经济损失2644.6亿元。其中,发生在中国的主要自然灾害中就包括洪涝灾害。据统计,2018年洪涝和地质灾害共造成3526.2万人次受灾,直接经济损失1060.5亿元。[24]2019年11月30日,习近平在主持中共中央政治局第十九次集体学习时强调,“应急管理是国家治理体系和治理能力的重要组成部分”,“充分发挥中国应急管理体系特色和优势,积极推进中国应急管理体系和能力现代化”。因此,通过建立全面覆盖、全面采集、全面监测的水情信息监控体系,即是保障民生安全、经济发展的重要举措,也是国家应急管理治理的重要环节。对全国的水文监测站点、水利监测站点等基础设施进行技术性转化,构建数据共享、互联互通的“水资源数联网”网络架构,不仅可以对水文数据、水情信息、水质信息等进行实时监控、实时查询和实时分析,更重要的是在开放共享的科学数据管理模式下形成与气象数据、地质数据、环境数据等的兼容共享和联动响应,对灾害发生前的综合影响要素全面掌控,才能够从数据中发现问题,及时预警,监控灾情,以最快速度响应救灾,最大程度降低损失。

  四、建构基于数联网的全国水资源治理新方略

  中国是资源需求大国同时也是资源消耗大国。近年来国家对于资源的管理开发利用不断提出新的规划思路。党的十九大报告也明确提出未来中国发展的目标将是通过建设智慧型社会对政府的管理方式进行转变,将公共服务功能扩大,将政府运作效能提高,为人们群众提供更好的服务,促进社会治理体系和社会治理能力现代化发展。《国务院关于积极推进互联网+行动的指导意见》中明确提出建设“互联网+”智慧能源建设的思路。在智慧社会建设过程中智慧水利的建设无疑是其主要组成部分,在中国水利部门的指导下,结合水利建设的实际需求,将大数据、云计算、互联网、物联网等一系列信息技术应用到现代化水利工程建设中,全面提高中国水利建设水平。

  (一)迅速铺就基于区块链等新兴信息技术的社会基础设施

  基于“互联网+”的公共服务理念为公共服务和协同治理模型提供了有效的技术方案借鉴,基于区块链的核心技术则是泛在化的基础架构与分布式共享计算范式,通过收集、共享、验证一个不可篡改、可追溯的数据账本来建立分布式系统中的信任机制,基于新的区块链技术形成水资源的技术性基础设施治理体系架构模型,如图1所示。

 

图1 基于区块链技术的水资源数联网体系架构模型图

  (1)物理模块:包含所有水资源相关基础设施的物理属性,如水文站基础设施、水利基础设施、水质监测基础设施等。对水资源基础设施进行统筹管理和自动监管,并将所有基础设施接入“智能水网”的体系中。

  (2)数据模块:数据主要包含两类,一类是对基础设施物理属性的数据化描述,采用统一格式、标准的数据元体系描述水资源基础设施的特征、属性等,将物理实体用数据“虚拟化”;另一类数据是基础设施监测、管理、运行中产生的专业水资源数据,包含水文特征、水利、水质、水环境等各类水资源大数据。利用区块链技术对水资源数据进行分布式存储、加密、认证等,数据以区块的形式打包并连接,通过数字签名的形式进行复制和认证,一般区块链的数据层包含哈希函数、数字签名等模块。

  (3)网络层:通过对基础设施的物理属性和数据属性进行统一描述后消除数据隔离并进行安全认证,形成“水资源数联网”,将水资源相关的一切进行数据化描述和数据化互联。基于“数联网”的公共服务可以将不同属性、类型、性质、特点、目的的主体之间通过网络对等互联,并通过网络节点对水资源的所有利益相关者进行互联互通。区块链的无中介特性与泛在化分布式节点特性可允许智能水网中所有节点、平台采用分散负荷参与水资源的全网调度,保障节点之间的互动畅通、高效、节能;同时,通过区块链不可篡改的分布式记帐,可以有效降低水资源管理中的征信成本,在保障数据安全的同时也能有效记录全水网中任何一笔水资源的调度、交易的合法性与安全性。

  (4)共识层:共识层负责水资源数联网中区块链技术架构的组织管理,增加或删减新的模块等。考虑到水资源相关基础设施新旧程度不一、自动化程度差等特点,共识模块应采用高容错度的协议和算法,以保障水资源数联网中各节点在存在计算能力差异的情况下都能够顺利接入网络。

  (5)应用层:应用层是直接面对顶层用户提供服务的模块。在区块链的技术架构中应用层用来部署智能契约,一般情况下智能契约包含一段程序代码、一个存储文件和一个账户余额。这些部分保障规则在部署后不能被篡改、持久有效,并且单个节点的失败都不能影响整个契约。区块链的应用层部署可以保障数联网中各个节点之间的交易不会被篡改,合法有效且全程留痕。通过数据保障和技术保障后形成的水资源数联网架构是安全可靠、互联互通、兼容高效的。同时其面对用户的应用模式也是开放共享的。例如,通过相同技术理念形成电气资源数联网、天然气资源数联网、大气资源数联网等,结合水、电、气、大气、环境等数据形成统一的全国资源/能源数联网体系架构,在此基础上可以提供高效的资源调度决策、极速响应的应急救灾决策、灾难监测预警、资源体系的统筹管理与治理等,最终实现真正的“绿水青山”可持续发展的资源治理大体系。

  通过区块链技术手段构建“水资源数联网”的基础架构,并通过数联网开放共享、面向用户的特点从国家需求出发、从民生建设出发,形成水资源治理的新体系。

  (二)构建水资源数联网架构体系,夯实管理基础网络

  通过全新的水资源数联网体系架构的建设夯实国家技术性基础设施,解决当前在水资源管理过程中存在的监测不力、数据不通、调度不畅等问题,通过建设智能化、安全可靠、开放共享的统一水资源监测和管理平台,完成对水资源基础设施的“数据化描述”,技术性基础设施的统一管理、水资源数据的互联互通与开放共享,保障水资源在全网中的高效均衡调度等。

  (三)全面实施“绿水计划”,改善和保证水质的同时全面实现水量的均衡调度

  一方面,通过“水资源数联网”的节点调整和保障水量的全网调度,实现安全、高效、均衡化、市场化,按需取用、按需调度的全国水量调配模式。另一方面,在“水资源数联网”基础架构开放共享的应用层上面向其他体系的数据资源拓展应用和共享接口,促进水数据、气象数据、环境数据、地质数据、其他资源数据的综合采集与综合利用;形成全国水资源数据长期观测、长期积累、高效利用、互联互通的科学数据管理机制,构建全国统一的水资源新治理体系,有效支撑并形成智能化灾害预警与应急管理的治理体系,保障全国各类水资源的统一监控和实时调度,全面保障和支持“绿水青山”的发展理念和治理格局。

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[22]曹红丽,黄忠义.区块链:构建数字经济的基础设施[J].网络空间安全,2019,10(5).

[23]人民日报新论:用大数据助力治理现代化[EB/OL].http://opinion.people.com.cn/GB/n1/2019/1017/c1003-31404285.html,2019-10-17.

[24]应急管理部、国家减灾委办公室发布2018年全国自然灾害基本情况[EB/OL].https://www.mem.gov.cn/xw/bndt/201901/t20190108_229817.shtml, 2019-01-08.

责任编辑:张世贵

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[作者简介]许正中,中共中央党校(国家行政学院)经济学部副主任、博士生导师,国家重大水污染治理专项首席管理专家;李连云,河南省安阳市水文水资源勘测局高级工程师;刘蔚,中国科学技术信息研究所助理研究员。