区块链技术在农村智慧水利建设中的应用

李俊杰 刘亚茹 吴 霞

（河南水利与环境职业学院，河南 郑州 450000）

0 引言

水利是国家经济发展及社会进步的重要条件之一，是社会大众赖以生存的基础条件。现阶段，区块链技术逐渐影响和改变人们的生活和生产方式，使水利现代化建设也不再局限于工程建设，而是转向智慧水利建设。

1 区块链技术概论

区块链技术起源于20世纪80年代，是利用块链式数据结构来验证与存储数据、利用分布式节点共识算法来生成和更新数据、利用密码学的方式保证数据传输和访问安全、利用由自动化脚本代码组成的智能合约来编程和操作数据的一种全新的分布式基础架构与计算范式。用区块链技术所串接的分布式账本能让两方有效纪录交易，且可永久查验此交易。当前，区块链技术最大的应用是数字货币。对于农村智慧水利建设工程，区块链技术的应用能保证工程施工质量与准确性，实际应用结构如图1所示。

图1 区块链结构

2 区块链技术特点

2.1 去中心化

在区块链系统中，任意节点的权利和义务都是均等的，所有的节点都有能力用计算能力投票，从而保证得到承认的结果是过半数节点公认的结果。加之该技术所具备的密码学和共识机制能够确保各个节点之间直接交换数据和信息，无须第三方再次认证，因此，在日常数据管理环节，任何一节点的缺少都不会影响区块链技术发挥作用。

2.2 公开性

区块链技术通过各个节点所达成的共识管理制度具有显著优势。由于区块链技术中的信息和数据主要以副本的形式储存在各个节点，因而每个节点都可以通过公钥管理信息的精准程度，不仅能确保系统运行规则及数据内容的公开性与透明性，还能保证数据的真实性与安全性。

2.3 无法更改

区块链技术中的共识区域可以确保所有节点达成一致性，在同步修改各自副本的同时，让所有节点中内容相同。但是为了保证副本内容的精准性，其节点更改率只有大于50%才能从根本上更改区块链中的数据与信息。

2.4 可追溯

区块链在实施过程中，需要按照时间顺序和流程连接成数据链，并且一旦形成数据链，将不能轻易修改。因此，该技术具有较强的追溯性。

2.5 安全稳定

在共同保护机制中，系统节点之间应相互信任，所以无须公开身份信息就能够实现系统之间的交流与沟通，并且节点信息隐私受到基础保护。除此之外，区块链技术实施过程中，非对称加密计算方式中的数据与信息加密功能、共识机制所形成的强大计算能力都能够有效防止和避免出现数据泄露问题。

3 农村智慧水利建设面临的机遇与挑战

3.1 机遇

农村智慧水利主要指的是在水利工程实际建设中，综合应用大数据系统、云计算技术、物联网平台及人工智能等全新技术，以此完成水利数据的全收集、全观察，最大限度地增强水利工程预防自然灾害的基础能力。现阶段，我国农村智慧水利发展过程中所使用的全新技术主要包含大数据、云计算、物联网等。以上技术的综合使用可以有效转变传统工程建设模式，从根本上增加农村水利建设与经营的科学技术含量。

开展农村智慧水利建设能够有效解决我国农村水利工程落后局面，积极引进全新技术，提升农业生产规模化水平，达到减少经济成本、提升社会竞争力的发展目标。其中，大数据技术的应用可以让农村智慧水利工程获得更多类型和数量的信息数据，极大提升数据分析和处理的精准程度与效率，完成水利工程建设数据的实时收集与详细分析，更好地为水利工程决策提供理论支持。人工智能技术的使用能够更好地代替人力资源，只需少数技术人员就能够进行水利工程的全流程管理和技术操作，有效解决农村水利工程建设时劳动力短缺等问题，确保工程项目建设能按照规划方案更科学、合理且精准地开展，确保能实时观察、实时监测工程建设情况。

3.2 挑战

第一，我国现有的水利工程建设范围较小，施工技术相对比较落后，施工人员素质较低，致使农业高新技术无法正常应用，长此以往导致水利工程建设无法正常推进。

第二，由于农村交通不便，一旦需要开展水利工程建设，会导致施工材料流通成本增加。

第三，在目前我国水利工程建设中，信息技术应用程度明显不高，信息化基础设施建设十分薄弱。加之水利工程建设所产生的信息和数据普遍具有量大、处理时间长等，对于计算能力、数据储存等提出了较高的要求。

4 区块链技术在农村智慧水利建设中的应用策略

4.1 数据安全

水利数据和信息的来源十分广泛，其中包含水文资源、水利水电工厂、水土保持等重点业务和项目建设领域。目前，各部门之间数据和信息相互不流通，导致部门之间的“信息孤岛”现象突出。区块链技术从本质上来看是一个分享式的共享信息和数据库，所以利用该技术能够解决数据与信息流通过程中信息认证、更改及追溯源头等核心问题，且为解决水利工程项目数据管理时可能存在的安全性及数据壁垒问题提供可能。

在农村智慧水利建设环节，传统管理模式无法有效且实时验证数据授权的有效性，不能对数据流通开展合理化控制与信息审核。相较于传统的管理模式，采用区块链技术时所有节点都可以参与信息与数据的计算和记录，全流程数据不能随意更改，并且可以实时共享信息授权记录，因此该技术查询效率较高。除此之外，该技术将每个管理区域的交易信息相互结合，有效构建出一个完整的交易列表，而列表不可随意改变，需要通过验证其他信息的可行性与安全性完成信息路径的追溯。由此可见，区块链技术在农村智慧水利建设中的应用具有安全性与共享性。

4.2 供水管理

传统模式下，农村水利供水设备的日常操作、维护及供水等数据和信息缺少备份和监督管理，则无法保证信息记录的真实性与系统性。而使用区块链技术能够将供水网络平台、信息传感器、信息储存和中央控制模块统一整合，利用分布式账本，确保水利工程项目供水过程中各个施工环节数据和信息的安全。与此同时，区块链技术自身所具备的可追溯性及信息不可篡改性同样有利于管理人员对于供水流程开展全面监督，如果发现问题，可以溯源，极大地提升水利工程供水流程管理的智能化程度。

4.3 用水管理

在用水管理环节，要求实时且精准地针对水资源全流程开展系统化管理，但是实际工作中，受技术人员素质、资金投入及设备等因素的影响，经常出现用户违规用水、数据造假等问题。因此，在用水管理过程中，使用区块链技术将各环节信息上链处理，让所收集的信息数据不能轻易被更改，不仅可以确保水资源管理流程数据和信息的真实性，还可以有效减少数据在审核及汇总环节的人力支出成本。

4.4 项目建设管理

农村智慧水利工程建设涉及施工、质量监理及材料供应等多个部门。若采取传统工程建设方式，需要施工方严格把控施工进度，实时获得方案设计、项目施工及质量监理等各个环节数据，因此，项目建设管理不仅十分复杂，而且难度大。

针对此种现状，技术人员应基于区块链分布式账目管理技术及共享施工原则，科学、有效地建设与管理水利工程项目。这不仅可以缩短对施工文件和项目数据真实性的明确时间，简化签字与盖章等施工流程，而且能方便各项工程数据的收集、分析及储存，确保水利工程项目施工进度，提升水利工程建设水平。

4.5 饮水安全

保障农村饮水安全是实施乡村振兴战略的一个关键任务，现阶段，我国已经建成较为完整的乡村供水工程体系，农村集中供水率达到了88%，农民自来水普及率达到了83%，整体农村供水水平得到了明显提高。

虽然多数农村供水工程建设了水质监测站点，但是还未有效构建水质监测结构体系，水质检测能力明显不足，对于水资源运输、水资源净化等全流程水质检测能力较差，无法及时、全面地了解农村安全供水实际情况。而利用区块链技术能够将农村饮用水水质及水源信息监测全流程进行上链处理，在共享数据的同时防止数据被擅自更改，实现饮用水水质情况全流程追溯，从根本上提升农村供水安全的智能化管理水平。

4.6 水利监督

农村智慧水利建设和作业监督一般采用信息检查、施工稽查、考核评价等方式，并且通过信息记录描述、拍照录像等方式进行结果储存。但电子存证普遍具有易消亡、易篡改及技术性较强等特点，所以与传统实物文件证据相比，电子证据真实性及合法性的基础认定难度相对较大。而采用区块链技术将拍照、录音、录像及文字描述等取证文件、取证时间及经纬度信息实时上链锁定，使得取证内容不能修改，可确保取证的及时性、客观性及可追溯性。

5 结语

区块链技术作为一种全新的信息技术，相对于传统技术来说有助于推动水利建设数据和信息的流通，能够提升水利行业基础监管能力，全面推进农村智慧水利建设。虽然该技术具有一定优势和特点，但是实际使用过程中，无论是技术研究还是实践都处于初级阶段，自身存在着一定的风险问题。为此，技术人员需要结合区块链技术的应用特点进一步加强研究和探索。