雪野湖智慧流域建設(shè)構(gòu)想

吳修濤

（萊蕪市雪野水庫管理處，山東 萊蕪 271115）

雪野湖智慧流域建設(shè)構(gòu)想

吳修濤

（萊蕪市雪野水庫管理處，山東 萊蕪 271115）

介紹了雪野湖智慧流域建設(shè)的主要構(gòu)想，分析了各智能監(jiān)控平臺(tái)的組成與作用，為類似流域信息化建設(shè)提供借鑒。

雪野湖；智慧流域；信息資源；水資源

雪野湖流域位于山東省萊蕪市北部，流域面積為444 km2。北與濟(jì)南接壤，東與淄博交界，西與泰安為鄰。流域內(nèi)有通天河、嬴汶河兩條主要河流。

1　智慧流域建設(shè)的主要內(nèi)容

1.1智慧網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的組成

雪野湖智慧流域網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)以專業(yè)應(yīng)用與決策支持為目標(biāo)，主要由以下幾部分組成。1）感知層作為智慧流域的神經(jīng)末梢，包括各類監(jiān)測(cè)設(shè)備、工控設(shè)備、傳感器節(jié)點(diǎn)、移動(dòng)設(shè)備等。通過這些設(shè)備能夠?qū)崟r(shí)獲取降雨蒸發(fā)、地表徑流、取水、輸水、水質(zhì)等信息。這些信息的快速獲取，在智慧流域建設(shè)中具有基礎(chǔ)性地位。2）傳輸層通過互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息資源的高效共享和交換，針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、業(yè)務(wù)專網(wǎng)等不同范圍網(wǎng)絡(luò)還需要提供相應(yīng)的隔離措施與安全保障。3）數(shù)據(jù)層完成對(duì)感知層來源數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及其他平臺(tái)涉及數(shù)據(jù)的匯集、共建共享與更新維護(hù)，為上層業(yè)務(wù)集成與應(yīng)用提供完整的數(shù)據(jù)分析依據(jù)。4）智能分析層和智能應(yīng)用層是智慧流域的核心部分，智能分析層將數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)學(xué)模型及專家?guī)熘R(shí)體系與業(yè)務(wù)應(yīng)用相結(jié)合，在智能應(yīng)用層中對(duì)水利專業(yè)工作中各類事務(wù)特征和變化規(guī)律進(jìn)行抽象描述和規(guī)律研究，用系統(tǒng)功能滿足業(yè)務(wù)管理對(duì)智慧的需求，同時(shí)承載智慧流域系統(tǒng)中各類資源、目錄與存儲(chǔ)發(fā)布信息，為各相關(guān)用戶提供流域管理公共資源。

1.2建立全生命周期監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)

監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)能夠?qū)崟r(shí)接收水質(zhì)、水位、水量、流量等自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)接收的地表濕地、河流、水渠等各類信息進(jìn)行分類、處理并動(dòng)態(tài)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)平臺(tái)具有如下特性：1）能進(jìn)行24 h連續(xù)在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)接收、監(jiān)控、信息查詢服務(wù)；2）每日監(jiān)測(cè)次數(shù)和自報(bào)次數(shù)可以本地設(shè)置及遠(yuǎn)程設(shè)置，監(jiān)測(cè)采用定時(shí)自報(bào)和召測(cè)工作方式；3）能通過無線、有線、網(wǎng)絡(luò)等方式獲取自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采集的監(jiān)測(cè)信息和測(cè)站測(cè)量參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；4）具有現(xiàn)地、遠(yuǎn)程軟件下載、參數(shù)配置功能；5）具有設(shè)備故障、異常，試劑液位超限，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超限自動(dòng)報(bào)警功能；6）能根據(jù)實(shí)時(shí)采集的流速、水位和水位-面積關(guān)系，計(jì)算斷面流量；7）數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)控制軟件具有擴(kuò)展功能。

1.3雪野湖智慧流域建設(shè)的主要成果

1）建立起全方位的水量、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，使流域防洪、排澇、供水、用水、節(jié)水、污水處理及回用全方位、全過程監(jiān)控，并通過遙感、遙測(cè)和傳感器自動(dòng)采集、云臺(tái)攝像、數(shù)據(jù)接口自動(dòng)獲取等高效、準(zhǔn)確、安全、節(jié)能的采集手段，完成全生命周期水資源監(jiān)控。

2）在建立全生命周期水資源監(jiān)控的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)水資源配置和高效利用，尤其是對(duì)流域內(nèi)水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控，提高流域內(nèi)外的洪水安全預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)雨洪資源的最大化利用。

3）對(duì)流域內(nèi)的水質(zhì)實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)控，并對(duì)突發(fā)的水污染事件提供預(yù)警與應(yīng)急決策支持。

4）建立數(shù)字化的信息服務(wù)平臺(tái)，對(duì)流域內(nèi)外的用戶提供實(shí)時(shí)的水利信息服務(wù)，提高雪野湖流域的水利信息化服務(wù)水平。

2　智慧化水資源配置與調(diào)度建設(shè)

基于水資源規(guī)劃成果，建立一個(gè)能反映雪野湖流域范圍內(nèi)各組成部分實(shí)際情況的水資源數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)水資源系統(tǒng)模擬、供需平衡分析和多個(gè)水利工程聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，對(duì)水資源配置和高效利用規(guī)劃提供設(shè)計(jì)方案評(píng)估和技術(shù)支持。

1）水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)合水資源模型，對(duì)規(guī)劃水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)未來不同水文條件下的流域水資源變化進(jìn)行實(shí)施分析、統(tǒng)籌安排與科學(xué)分配。

2）水資源優(yōu)化配置。結(jié)合規(guī)劃水網(wǎng)及各小流域水量監(jiān)測(cè)站，按照不同的水資源需求，優(yōu)化并進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在區(qū)域分配協(xié)調(diào)、用水效益等復(fù)雜關(guān)系中輔助制定水資源優(yōu)化配置方案，為選擇最佳開發(fā)利用方式提供建議。

3）供需平衡分析。系統(tǒng)通過友好的方案化管理界面，對(duì)不同頻率典型年、不同分區(qū)、不同時(shí)段的水資源供需關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，以定制化的統(tǒng)計(jì)圖表、地圖標(biāo)注等方式顯示并輸出水資源均衡動(dòng)態(tài)變化分析評(píng)價(jià)結(jié)果。

4）應(yīng)急調(diào)水模擬?；诹饔騼?nèi)水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，對(duì)調(diào)度指令下達(dá)、反饋及調(diào)水影響進(jìn)行模擬演練，研究不同水文條件下不同調(diào)水措施能否滿足調(diào)度方案的預(yù)期需求，為最優(yōu)調(diào)水措施的選擇提供決策支持。

5）流域內(nèi)小水庫（群）運(yùn)行模擬與優(yōu)化調(diào)度。通過對(duì)流域內(nèi)小水庫群系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，滿足小流域內(nèi)灌溉和生態(tài)用水需求。

6）防洪減災(zāi)預(yù)警。基于數(shù)學(xué)模型對(duì)雪野湖水動(dòng)力條件進(jìn)行全面分析，評(píng)估區(qū)域內(nèi)河流的水位，模擬雨洪風(fēng)險(xiǎn)，并對(duì)汛期進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息并提供決策支持信息。

3　突發(fā)水環(huán)境事故預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)

在雪野湖流域發(fā)生突發(fā)水環(huán)境事故時(shí)，系統(tǒng)能夠快速進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)事故演變規(guī)律和影響范圍，根據(jù)其等級(jí)及危害程度并通過多種手段聯(lián)合發(fā)布相關(guān)的預(yù)警信息。

1）污染物位置確定及路徑模擬。在系統(tǒng)界面中設(shè)定污染事件的詳細(xì)信息，指定污染事件數(shù)量，每個(gè)事件包括幾種污染物組分，對(duì)于每個(gè)污染事件，能指定事件的名稱、位置、污染事件的開始和結(jié)束時(shí)間、流量。通過和GIS地圖的交互，事件發(fā)生的位置能夠被識(shí)別并記錄下來，同時(shí)在地圖上預(yù)測(cè)并模擬污染物的傳播路徑和傳播時(shí)間點(diǎn)，為制定各類突發(fā)應(yīng)急事件的應(yīng)急預(yù)案和防控措施提供決策支持信息。

2）水環(huán)境污染事故模擬。用戶新建突發(fā)事故并進(jìn)行模擬分析之后，如果需要制定相應(yīng)的響應(yīng)方案，可啟動(dòng)預(yù)案研究，根據(jù)事故方案派生出研究方案，允許用戶設(shè)置一個(gè)或者多個(gè)條件以查看采取不同措施之后對(duì)污染事故的影響。應(yīng)對(duì)方案研究模塊用于輔助用戶制定污染事件的應(yīng)急反應(yīng)計(jì)劃。通過有效的比較這些方案，能夠輔助用戶選取更合適的措施來降低事件的影響。

3）小流域監(jiān)測(cè)。由雪野水庫管理處和市水土保持監(jiān)測(cè)站共同承擔(dān)小流域的監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)方法主要參照《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》（SL219-98）和《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（SL277-2002）。

4　信息共享與公眾感知

以數(shù)據(jù)中心和智能應(yīng)用成果為基礎(chǔ)，智慧流域信息共享平臺(tái)采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA），提供豐富的基于流域水利信息數(shù)據(jù)管理的綜合服務(wù)資源。

信息共享平臺(tái)結(jié)合GIS、通信網(wǎng)絡(luò)與信息發(fā)布技術(shù)，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息、智能決策信息與空間數(shù)據(jù)信息疊加起來，可以實(shí)現(xiàn)不同部門、不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域之間的集成，保證來自不同部門的人員可以方便地獲取其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，最大程度的利用現(xiàn)有與新生資源。公眾感知信息發(fā)布平臺(tái)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）和M/S（移動(dòng)端/服務(wù)器）分布式系統(tǒng)架構(gòu)，提供各類監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、預(yù)測(cè)預(yù)警模擬數(shù)據(jù)、決策支持分析信息的審核、發(fā)布和監(jiān)管功能，能夠同時(shí)將監(jiān)測(cè)和預(yù)警數(shù)據(jù)向各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)人員、企業(yè)及社會(huì)公眾進(jìn)行有針對(duì)性的提供，可以在雪野湖流域內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息定制服務(wù)。

（責(zé)任編輯 趙其芬）

TV21

B

1009-6159（2016）-04-0023-02

2015-11-10

吳修濤（1974—），男，高級(jí)工程師