水利工程論文-流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)研究.docVIP

水利工程論文-流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)研究摘要：根據(jù)我國流域水文水資源特點和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和污染問題，需要研究和開發(fā)流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)。其重點應(yīng)放在現(xiàn)有監(jiān)測站點的調(diào)整與完善，水庫運行規(guī)則、技術(shù)參數(shù)的校核與調(diào)整，洪水資源調(diào)控與地下水人工回灌，污水處理回用與生態(tài)環(huán)境需水量，防洪與興利統(tǒng)一調(diào)度，地表水與地下水資源聯(lián)合運用管理等技術(shù)研究，以及水資源實時調(diào)度管理方案付諸實施后效益與風(fēng)險分析、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化等方面。關(guān)鍵詞：水資源實時監(jiān)測實時評價實時預(yù)報實時管理實時調(diào)度1概況由于我國獨特的自然地理條件和復(fù)雜的水文水資源特點，決定了我國的水資源問題比較復(fù)雜，雖然各流域經(jīng)過四、五十年大規(guī)模的水利工程建設(shè)，取得了巨大成就，但水資源短缺和污染問題，不僅沒有得到根本性的解決，還有日益嚴(yán)峻的趨勢。為了更有效地解決或緩解所面臨的“水少、水臟”問題，需要深入地分析現(xiàn)狀下墊面條件下的流域水循環(huán)規(guī)律和地表水與地下水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過研究流域水資源實時監(jiān)控管理的基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，開發(fā)和建設(shè)流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)，以充分利用和挖掘現(xiàn)有水利工程的內(nèi)部潛力與整體綜合優(yōu)勢，確保流域水資源的合理開發(fā)和高效利用，有力地支持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。2系統(tǒng)的構(gòu)成與技術(shù)關(guān)鍵研制流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要目的是，以水利信息化促進水利現(xiàn)代化，以水利現(xiàn)代化保障水資源的可持續(xù)利用，并以水資源的可持續(xù)利用來支撐社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。該系統(tǒng)是以水資源實時監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代通信和計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為手段，以水資源優(yōu)化調(diào)度和地表水、地下水、污水處理回用、海水（微咸水）及外調(diào)水的聯(lián)合高效利用為核心，追求節(jié)水、防污、提高水資源利用效率和最終實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用為目標(biāo)，通過水資源信息的實時采集、傳輸、模型分析，及時提供水資源決策方案，并快速給出方案實施情況的后評估結(jié)果等，以確保實現(xiàn)水資源的統(tǒng)一、動態(tài)和科學(xué)管理，做到防洪與興利、地表水與地下水、當(dāng)?shù)厮c外調(diào)水、水質(zhì)與水量、優(yōu)質(zhì)水與劣質(zhì)水之間聯(lián)合調(diào)度與管理，確保水資源與社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，以支撐社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)是一種動態(tài)的交互式計算機輔助決策系統(tǒng)，由水資源實時監(jiān)測、實時評價、實時預(yù)報、實時管理、實時調(diào)度、決策會商、控制和后評估子系統(tǒng)所組成，是基于可持續(xù)發(fā)展的思想，根據(jù)現(xiàn)代水文水資源科學(xué)的有關(guān)理論，利用當(dāng)代先進的系統(tǒng)分析、人工智能、計算機、多媒體及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過有關(guān)專業(yè)模型計算、分析和知識推理、判斷等，為決策者提供流域水資源實時管理、調(diào)度方案，并允許決策者或?qū)＜腋鶕?jù)自己的智慧、知識、經(jīng)驗、偏好和決策風(fēng)格等進行定性分析與判斷，直接干預(yù)方案生成及評價整個決策過程。根據(jù)流域水文水資源特點和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和水環(huán)境惡化問題，研究和開發(fā)流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵主要包括：（1）水資源監(jiān)測網(wǎng)的調(diào)整和完善，河流納污能力及其環(huán)境容量，水庫或水庫群運行規(guī)則、技術(shù)參數(shù)的校核與調(diào)整，洪水資源調(diào)控、污水處理回用與地下水人工回灌，污水總量控制與生態(tài)環(huán)境需水量，防洪與興利統(tǒng)一調(diào)度，地表水與地下水資源聯(lián)合運用管理等研究，以及水資源實時調(diào)度管理方案付諸實施后效益與風(fēng)險分析、系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化等。（2）該系統(tǒng)由龐大而復(fù)雜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、模型數(shù)據(jù)庫、結(jié)果數(shù)據(jù)庫、專業(yè)模型庫和知識庫等組成。其特點是系統(tǒng)規(guī)模龐大、處理的數(shù)據(jù)信息量大，模型運算復(fù)雜以及數(shù)據(jù)傳輸接口多，如何實現(xiàn)信息存儲、加工、傳輸?shù)膶I(yè)化管理，是一個技術(shù)難點。流域的水價政策及水權(quán)分配問題，也是影響流域水資源合理開發(fā)和高效利用以及實時、統(tǒng)一管理的關(guān)鍵。（3）如何建立和完善與現(xiàn)代水資源管理要求相適應(yīng)的組織機構(gòu)和高效、精干的執(zhí)法隊伍，以及如何制定科學(xué)的流域水資源管理規(guī)章制度、有關(guān)政策和法規(guī)條例等，以保障流域水資源實時管理、調(diào)度方案的付諸實施，指導(dǎo)流域水資源開發(fā)利用和保護。3系統(tǒng)的主要功能流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能包括：水資源（及水質(zhì)）的實時監(jiān)測、評價、預(yù)報和決策支持（實時預(yù)報、管理及調(diào)度）以及控制、后評估等（如圖1）。圖1流域水資源實時監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能框圖3.1水資源實時監(jiān)測水資源實時監(jiān)測內(nèi)容主要包括水情、水質(zhì)、旱情以及其他信息等。在現(xiàn)有監(jiān)測站網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立和完善統(tǒng)一的水資源（包括大氣降水、地表水、土壤水與地下水）動態(tài)監(jiān)測（站點）網(wǎng)或監(jiān)測系統(tǒng)（包括雨量、蒸發(fā)、徑流、水位、水質(zhì)、水溫、墑情等監(jiān)測站點），以及各取水口取水量、開采機井抽水量等監(jiān)測網(wǎng)，各監(jiān)測網(wǎng)或系統(tǒng)之間互通有無、資料共享，為水資源的合理開發(fā)、高效利用和有效保護及時快速、準(zhǔn)確地提供完備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)資料。（1）雨量觀測。目前采用的雨量觀測手段主要是普通自記和人工觀測，為了達到實時監(jiān)測的目的，需要適時更新現(xiàn)有的觀測設(shè)備，裝配翻斗式雨量計并配備固態(tài)存儲器等，使雨量觀測工作方式更新為無人值守，有人看護的觀測方式，實現(xiàn)雨量信息的自動采集及傳遞。（2）水位觀測。水位觀測分為地表水和地下水兩種，地表水多指河流水位和水庫水位等，而地下水就單指地下水位。對于基本水尺在橋梁上（或附近有公路橋）的水位觀測，特別是含沙量較大的站，建議采用氣介質(zhì)超聲波水位計，再采用有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉?。對于山區(qū)性河流，或斷面穩(wěn)定，含沙量較小的水位觀測，采用測井式水位觀測，裝配浮子式或壓力式水位計，通過有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉?。水庫站一般有自記井，只對其重新裝配浮子式或壓力式水位計，通過有線或無線方式將水位信息傳輸?shù)秸痉康叵滤槐O(jiān)測目前主要分為手工測繩和自動監(jiān)測儀兩種。自動監(jiān)測儀主要通過固態(tài)存儲、電話網(wǎng)傳輸、手機網(wǎng)傳輸和電臺傳輸?shù)确绞綄崟r監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼?。總之，水位監(jiān)測，建議均裝配與雨量結(jié)合的水位雨量固態(tài)存儲器，裝配具有記錄、傳輸、存儲、分析等功能的自動監(jiān)測系統(tǒng)，最終實現(xiàn)水位遙測自記，自動測報等功能。（3）流量測驗：在各中心站配備不同形式的橋測車及先進的儀器設(shè)備，開展橋測及周圍地區(qū)的巡測；纜道及船測站，對現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備進行更新改造，實現(xiàn)水文纜道程控自動化，配備機船，配備先進的測驗儀器設(shè)備，全面提高流量測驗的精度，充分滿足防汛、抗旱和水資源統(tǒng)一調(diào)配的需要。對水庫站現(xiàn)有的水文纜道進行維修、改造，實現(xiàn)水文纜道的程控自動化，保證流量測驗的精度要求。（4）取水口及灌區(qū)流量觀測：對水庫各取水口分明渠和管道兩種，水位主要采用超聲波自記水位計，流量測驗分不同情況，選擇適用的測流設(shè)備。而灌區(qū)的水位觀測主要采用超聲波自記水位計等，流量采取不定期電波流速儀率定方式，用水位流量關(guān)系線推求徑流量。（5）機井開采量實時觀測：地下水開采機井抽水量的觀測，目前一般只有一些機井安裝了水表，大部分機井均未安裝水表。為了能準(zhǔn)確取得地下水實際開采量的數(shù)據(jù)，掌握準(zhǔn)確的地下水開采量，需要逐步或有重點地在地下水開采機井上安裝水表。（6）水質(zhì)實時監(jiān)測：水質(zhì)污染具有理化成分復(fù)雜、多樣和點多面廣的特點，不僅受污染源的大小和數(shù)量影響，而且還受汛期洪水、降雨的影響。由于多種因素導(dǎo)致的綜合結(jié)果，水質(zhì)參數(shù)在成分和時空上的變化非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場水樣采集、化驗方式周期太長，難以及時、準(zhǔn)確地反映水質(zhì)變化的性質(zhì)和過程，所以水資源的開發(fā)利用和保護等工作得不到有效監(jiān)控與科學(xué)的管理。水質(zhì)實時監(jiān)測就是采用水質(zhì)自動監(jiān)測儀器、遠程傳輸設(shè)備、在線監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理軟件，實現(xiàn)對水質(zhì)參數(shù)的連續(xù)采集、分析、存儲，并在監(jiān)測指標(biāo)超過污染標(biāo)準(zhǔn)時，發(fā)出警報，做出污染類型分析等。（7）墑情實時監(jiān)測：主要針對大中型灌區(qū)的土壤墑情進行實時監(jiān)測，為適時、適量的節(jié)水高效灌溉提供信息支持。并在條件許可的情況下，探討利用遙感技術(shù)實時預(yù)報土壤墑情（中小尺度上）的可能性，即利用實時遙感信息，根據(jù)大中型灌區(qū)土壤墑情的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過與遙感解譯模型進行聯(lián)接和耦合計算，實時提供整個流域不同灌區(qū)的土壤墑情，為流域節(jié)水高效農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展提供可靠的依據(jù)。3.2水資源實時評價水資源實時評價主要是指在時段初對上一時段的水資源數(shù)量、質(zhì)量及其時空分布特征，以及水資源開發(fā)利用狀況等進行實時分析和評價，確定水資源及其開發(fā)利用形勢和存在的問題等。（1）水資源數(shù)量實時評價：根據(jù)雨量、河川徑流、地下水位等實時監(jiān)測資料等，通過與歷史同期的對比分析，確定和評價水資源數(shù)量及豐枯形勢等。（2）水資源質(zhì)量實時評價：根據(jù)實測的河流、水庫、引水渠的水質(zhì)實時觀測和地下水質(zhì)實時監(jiān)測資料等，通過與歷史同期的對比分析，確定地表水和地下水的水質(zhì)狀況及污染態(tài)勢。其主要評價內(nèi)容包括：污染程度、范圍及主要污染物，水資源質(zhì)量，重要河流污染負(fù)荷及削減量等。（3）水資源開發(fā)利用實時評價：通過對各取水口取水量、開采機井抽水量和地下水位等實時監(jiān)測資料，對供用水