引言

山东省地处中国东部沿海，水资源分布不均，人均水资源量低于全国平均水平。近年来，随着经济社会快速发展，水资源供需矛盾日益突出。水利工程作为水资源管理的重要基础设施，其规划设计技术的创新对提高水资源利用效率、保障水安全具有重要意义。

一、山东省水利工程建设的优势与不足

山东水利工程事业有着悠久历史，得天独厚的地理优势、政策支持及技术基础上。山东境内有著名的有引汶济运工程，为解决大运河水源，明永乐九年，宋礼采纳白英的建议，制定了“借水行舟，引汶济运，挖诸山泉，修水柜”等治水策略，在大汶河筑戴村坝截汶水，开挖小汶河，使汶水至南旺分水济运，三分水向北，七分水向南，为保障大运河航运做出了重要贡献。

山东省地处黄河下游，拥有丰富的水系资源，如黄河、小清河、大汶河、潍河、沭河等，流域面积50平方公里以上的河流1049条，3000平方公里以上河流23条，200-3000平方公里河流266条，50-200平方公里河流760条，为水利工程建设提供了良好的自然条件。

水利规划作为水利科学的一个独立分支随近代水利技术的发展于19世纪末叶逐步形成。先是开展有关基本资料的观测、勘察和调查。20世纪30年代前后，开始编制较大范围的水利规划和较大规模的工程规划，并逐步把水文学的理论、方法，用于工程水文分析；把水利计算的理论、 方法和水力学、 水工结构学、农田水利学、河工学等的专门技术，用于研究治理开发措施及其效应和影响；把水利经济学的理论、方法，用于进行规划方案的评价与比较。大体至40年代末已初步形成了包括调查方法、设计技术、规划方案论证与评价准则等较完整的近代水利规划的理论体系。在这期间，中国修建的陕西泾惠渠等灌溉工程和编制的一些规划报告如《顺直河道治本计划报告书》、《永定河治本计划》、《导淮工程计划》等在科学性、完整性上都有很大提高。50年代后，随着各国的实践，规划工作不断取得新的进展。中国在吸取一些国家的理论和经验的基础上，通过编制黄河、长江等各大江河流域规划和一些其他水利规划，积累了丰富经验，形成了适合中国情况的规划途径和方法。从50年代至60年代末,世界各国水利规划的研究内容,大多侧重于探讨水土资源的综合平衡与工程本身的综合利用;在方法上,则侧重于计算技术的改进。随着水文、水利计算、工程经济、系统工程等学科的发展和电子计算机的广泛应用，完善了某些计算理论、计算方法，使方案研究有更加可靠的基础，并能从更大范围进行优选。70年代后，研究内容转为侧重于规划目标与评价准则方面。

二、水利规划设计技术创新方向

改革创新方面：水利重点领域改革全面深化，依法治水管水全面提升，水利科技创新实现突破，水利现代化发展内生动力明显增强，基本构建系统完备、科学规范、运行高效的水利治理体制机制。

技术创新，为基本实现人口规模、经济结构、产业布局与水资源水生态水环境承载能力，基本建成与新时代现代化强省相适应的水安全保障体系提供保障。

水利规划技术创新方向，一是加强数字孪生技术应用。数字孪生是通过数字化手段构建物理实体的虚拟模型，实现实时监测、模拟和优化。在水利工程中，数字孪生可用于水库、河道、泵站等设施的全程管理。主要应用于水库调度、防洪预警及设施维护等方面。其中，水库调度是通过数字孪生模型模拟水库运行状态，优化调度方案，提高水资源利用效率。防洪预警是实时监测河道水位、流量，预测洪水风险，提前采取应对措施。设施维护是通过虚拟模型诊断设备故障，制定精准维护计划，延长设施寿命。

二是加强信息化技术应用。信息化技术包括大数据、云计算、物联网等，可实现水利工程的智能化管理。主要应用场景包含水资源监测、智能系统应用、决策支撑等方面。水资源监测是利用物联网传感器实时采集水位、水质、降雨量等数据，构建水资源监测网络。智能灌溉是结合气象数据和土壤墒情，实现农田精准灌溉，减少水资源浪费。决策支持是通过大数据分析，为水利规划和管理提供科学依据。

三是加强生态水利技术应用。生态水利技术强调水利工程与生态环境的协调发展，旨在减少对自然生态的负面影响。其应用场景主要表现在生态河道治理、湿地建设及地下水修复。生态河道治理是采用生态护坡、植被修复等技术，恢复河道生态功能。湿地建设是在水利工程周边建设人工湿地，净化水质，改善生态环境。地下水回补是通过雨水收集、地下水回灌等措施，缓解地下水超采问题。

四是加强智能化设计技术应用。智能化设计技术利用人工智能（AI）和机器学习算法，优化水利工程设计流程。其应用场景适用于参数优化、风险预测及自动化绘图等多方面。

三、关键技术创新的方向与实践

1.数字孪生技术应用

构建"物理河道-数字模型-决策系统"三位一体平台，应用案例：长江智慧水利平台实现全流域72小时洪水预报。通过典型案例分析其应用场景、展现的功能、达到的预期效果，应用于重要河湖管理。

2.BIM+GIS技术融合

建立三维地质-水文-工程一体化模型，设计效率提升40%，碰撞检查错误减少80%。

3.生态工法创新

新型生态护岸材料：微生物诱导碳酸钙沉淀技术（MICP），仿生鱼道设计：基于鱼类游泳特性的最优流场设计。相关生态工法创新，是水利发展中生态措施的重要举措。

4.多目标优化算法

应用NSGA-II算法求解水资源优化配置问题，某水库调度方案使生态流量保证率提高至90%。

四、创新设计理念的探索

1.基于自然的解决方案（NbS）

人工湿地与自然湿地协同设计，生态缓冲带宽度优化模型，以自然生态方式为基础。

2.韧性水利系统构建

关键节点冗余设计，系统弹性评估指标体系。会同行业专家、技术人员等，创建完备的结构体系十分重要。

3.全生命周期碳排放控制

低碳建材应用：地质聚合物混凝土，施工期碳足迹实时监测系统。同时采取其他必要的措施，对碳排放进行有效合理控制。

五、实施路径与建议

1.标准体系完善

制定《智慧水利规划设计规范》，建立生态效益评估标准。

2.人才培养创新

开设"水利+生态+信息"交叉学科，建立产学研创新联盟。

3.管理机制改革

推行"规-建-管"一体化模式，建立智慧水利共享平台。

六、结论与展望

水利规划设计技术创新应坚持问题导向和目标导向，重点突破数字孪生、生态工法、多目标优化等关键技术。未来发展趋势包括：
1.数字孪生技术向全要素、全流程方向发展
2.生态设计从定性向定量化转变
3.水利工程与新能源、新基建深度融合

山东省水利工程建设在取得显著成效的同时，也面临水资源分布不均、工程老化、生态压力等挑战。通过引入数字孪生、信息化、生态水利和智能化设计等前沿技术，可以有效提升水利规划设计的科学性和效率，实现水资源的合理开发和可持续利用。

参考文献

1. 韩月朦. 数字孪生技术在智慧水利工程中的应用研究[J]. 山东水利, 2024.11.

2. 綦跃飞. 信息化技术在水利工程建设管理中的应用研究[M].上水安全, 2024年13期.

3. 蔡恋. 水利工程中的河道生态修复与水资源管理[J]. 水利电力技术与应用, 2025年10期.