水資源監控

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摘要：水資源優化配置是水資源管理的重點，而水資源實時監控管理系統在水資源優化配置中又具有舉足輕重的作用。水資源實時監控管理系統由數據庫、模型庫、知識庫、在線數據采集子系統、綜合信息管理子系統、綜合分析與決策支持子系統、實時控制管理子系統等組成。它是高技術的集成，體現了水資源可持續利用原則，并且代表了當前世界水資源管理的方向。我國應在“總體設計、分步實施、試點示范、全面推開”的原則下建設水資源實時監控管理系統。

關鍵詞：水利現代化水資源實時監控數據庫管理系統

當前，我國水利建設面臨著從傳統水利向現代水利轉變的歷史任務。如何實現水利現代化?如何實現水資源的可持續利用?在水資源的開發、利用、治理、配置、節約和保護的綜合管理任務中，如何改變過去粗放式的管理方式，而采用集約式的現代管理方式?面對這些問題，我們不能不去研究國際上對自然資源管理的新思潮，不能不去研究全球高科技突飛猛進的發展大潮流。水資源的優化配置是水資源管理的重點。實施對水資源動態的、實時的、優化的配置，基礎是獲取大量的、動態的水資源及相關信息。當代高技術的發展，特別是信息技術、數字化技術的發展，使得對水資源進行實時監控管理已經成為可能。這種系統的建設將使水資源的管理發生重大變革，也將帶來巨大的經濟社會效益。當前在國際上，水資源實時監控管理系統，代表了水資源管理的現代方向。

一、水資源實時監控管理系統的特點及技術要求

什么是“水資源實時監控管理系統”呢?這個系統是以信息技術為基礎，運用各種高新科技手段，對流域或地區的水資源及相關的大量信息進行實時采集、傳輸及管理；以現代水資源管理理論為基礎，以計算機技術為依托對流域或地區的水資源進行實時、優化配置和調度；以遠程控制及自動化技術為依托對流域或地區的工程設施進行控制操作。

這種系統的主要特點是：①對水資源進行實時監測。監測的內容包括水量和水質。實時監測的意義在于：只有掌握瞬時變化的水量信息，才能科學、準確地進行資源配置及調度；只有掌握瞬時變化的水質信息，才能對環境質量進行動態評價和有效監督，也才有可能應對水污染突發事件，保證供水安全。②這種系統以地理信息系統(gis)為框架，除了采集水資源信息外，還廣泛采集流域或地區內的氣象、墑情等自然信息，水利工程等基礎設施信息，經濟與社會發展的基本信息以及需水部門的需水信息。③它不同于以往的水資源監測系統，僅僅具有監測功能。這種系統更重要的功能是進行實時配置調度。它是在監測的基礎上，以大量的綜合信息為基礎，采用現代水資源管理數學模型，為水資源的實時配置、調度提供決策支持。這種模型勢必突破“就水論水”局限，體現經濟與社會發展——資源——環境的協調統一，體現水資源的可持續利用原則，體現“依法治水”的原則。④這種系統應是高新技術的集成。系統的設置應充分吸收國際上最新技術，堅持高起點。它包括監測技術、通信、網絡、數字化技術、遙感、地理信息系統(gis)、全球定位系統(gps)、計算機輔助決策支持系統、人工智能、遠程控制等先進技術。⑤它的設置應是因地制宜的。針對不同流域、不同地區不同的經濟發展水平及基礎設施狀況，水資源管理中不同的重點問題，水資源實時監控管理系統的設置也應具有不同的特點。系統的設置還應與防洪調度指揮系統的建設相結合。

這種系統的技術要求是：①以現代電子、信息、網絡技術為基礎，實現監測數據的自動采集、實時傳輸和在線分析，有效地提高監測數據的實時性和準確率，確保監測信息的有效性。②充分掌握所在地區水資源供需狀況，建立相應的資料庫和水量、水質模型、供需水模型及生態環境分析模型。供水方面包括：地表水、地下水、土壤水，主水、客水、污水回用等等，需水方面包括：生活用水、工業用水、農業用水、生態環境用水等。③充分運用現代計算機和人工智能等技術進行高度技術集成，快速、高效、準確、客觀地分析處理大量監測數據信息，并根據已建立的供需水模型和水環境分析模型等，動態生成水資源優化配置、調配計劃等輔助決策方案。④以綜合分析和輔助決策為基礎，實現對水資源的優化配置、遠程控制和科學管理等，即實現水資源調控的現代化。⑤系統應具有很強的實用性和動態可擴展性，以滿足不同用戶的需求。二、水資源實時監控管理系統的基本結構

水資源實時監控管理系統應具備水資源實時測、水資源實時預報、水資源實時調度和水資源實時管理等功能。其功能概要詳見圖1。系統的總體結構又可分解為以下主要部分(參見圖2)：①數據庫(包含圖形庫、圖像庫和cis系統)，②模型庫(包括方法庫)，③知識庫，④在線數據采集子系統，⑤綜合信息管理子系統，⑥綜合分析與決策支持子系統，⑦實時控制管理子系統。其核心是綜合分析與決策支持子系統以及數據庫、模型庫、知識庫。其他各部分則為系統核心的補充、延展和支持。

系統總控目的是建立系統各部分之間的聯系、控制各庫和各子系統的協調運行。

在線數據采集子系統提供相關水資源與水環境監測數據的自動化采集和數據可靠性在線分析功能。其重點是對地表水和地下水(水量、水位、水質及水溫等)的實時動態監測和監測數據的自動化采集、監測數據預處理，以及監測數據可靠性的實時在線分析處理等。該子系統還應提供與各類監測儀器銜接的數據采集接口，通過接口模塊動態收集監測數據資料，確保存入數據庫中的監測資料的有效性、完整性和可靠性。

綜合信息管理子系統管理各種水資源水環境監控項目的數據資料，具有監測數據資料的輸入、存儲、整編、查詢與傳輸等功能，對水資源監控數據資料進行綜合管理和處理。該子系統還應提供對綜合分析與決策支持子系統以及實時控制子系統的數據傳輸接口。

實時控制子系統主要完成兩個功能：一是將系統綜合分析與輔助決策的成果以實時報告(如水資源預報、水質分析公報、企業'''');">企業排污超標警報、水資源調配建議方案等)和多媒體報警信號(如大屏幕指示、聲光警報等)的形式進行動態輸出，以供決策部門進行水資源配置和管理參考；二是將輸出指令直接作用于可控自動化水資源調配和控制設備(如給、排水閘門等)，通過有線/無線/遠程控制技術對系統所涉區域內的重點給、排水設備及重點控制工程進行遠距離的調節控制。

綜合分析與決策支持子系統對實時監測獲得的數據信息進行綜合分析處理。其主要功能就是運用模型庫中的相應模型對監測數據資料進行智能化的綜合分析，參照知識庫中的專家知識和有關法律、法規、規程規范，形成水資源(包括水量、水質、水情和水環境等)動態狀況的分析成果；并根據分析成果，產生輔助決策報告或直接控制指令。系統還應專門設計有多庫協同器，進行各庫之間的協調。多庫協同器提供系統各庫的協同規劃、綜合調度、人機交互、資源共享、沖突仲裁和通信聯絡等處理功能。

綜合分析與決策支持子系統是本系統的技術核心，它將以國內外近年在水源、水環境和農田水利等方面的科研成果為基礎，結合現代高新技術進行綜合開發，形成技術先進、功能完善、實用性強、又便于擴展和更新的具有決策支持能力的智能化綜合分析系統。

數據庫是整個系統運轉的基礎，準確高效地收集和及時處理大量復雜的監測數據資料是整個系統設計和開發的重點。數據庫及綜合信息管理子系統是面向數據信息存儲和信息查詢的計算機軟件系統。本系統的數據庫內容包括：①水利工程檔案庫，②監測儀器特征庫，③原始監測數據庫，④整編監測數據庫，⑤監測網站資料庫，⑥人工巡視檢查資料庫，⑦數據自動采集參數庫，⑧模型輸入輸出數據庫，⑨成果數據庫，⑩實時控制日志數據庫等。圖形庫和圖像庫是數據庫的延展和補充。

模型庫及其管理子系統提供相應分析處理使用的處理模型和計算方法的例程庫。包括各種時態和空間模型、在線數據可靠性分析算法等。包括水情預報模型、水量評價模型、水量預測模型、水質評價模型、水質預測模型、水污染模型、需水模型、生態環境分析模型、洪水演進及仿真模型、決策支持模型等等。

知識庫及其管理子系統是用于知識信息的存儲及其使用管理的計算機軟件系統。本系統的知識庫內容包括：①各監控項目的監控指標，②日常巡視檢查的評判標準，③監測數據誤差限值，④專業規律指標，⑤專家知識經驗，⑥水利法律、法規，行業規程、規范的有關條款等。

三、水資源實時監控管理系統的實施

水資源實時監控管理系統是一個十分龐大又十分復雜的系統，具體實施過程中要堅持“總體設計，分步實施，試點示范，全面推開”的原則，并充分利用現有的防汛指揮系統、水文站網、水質監測系統，形成新的網絡。

首先，組織好項目的前期工作。組織系統內外的專家在國內外廣泛調研的基礎上，進行系統的研究開發和設計工作。其次，要選好試點，發揮試點的示范作用。對試點項目運行經驗進行總結使系統不斷完善。通過試點，還要總結提煉出相應的技術導則和技術規范。在試點項目的基礎上，制定全面實施規劃，因地制宜地進行推廣。對新建項目，如具備條件，在設計時就要將實時監控管理系統納入項目計劃?？梢灶A言，水資源實時監控管理系統的建設，必將有力地推動我國水利現代化的進程。