融合人工智能的水源保護系統(tǒng)

鄭偉

摘 要：隨著社會經濟的繁榮發(fā)展，水環(huán)境問題受到社會各界的廣泛關注。本文圍繞融合人工智能的水源保護系統(tǒng)展開研究，希望可以為該領域提供一定的參考。

關鍵詞：融合人工智能;水源保護系統(tǒng);中線工程智能調控技術

在社會高速發(fā)展的21世紀，人類的生產娛樂活動呈現(xiàn)不斷增多的趨勢，導致垃圾數(shù)量也與日俱增，由于環(huán)保處理垃圾需花費高昂的成本，所以在處理垃圾的過程中，往往選擇倒入河中或填埋的方式，造成水面漂浮物越來越多的現(xiàn)象，直接對水質帶來不利影響，水生生物的生存環(huán)境越來越惡劣，導致人類賴以生存的家園受到嚴重威脅[1]。因此，制定良好的水源保護系統(tǒng)迫在眉睫。

一、中線工程智能調控技術研究進展

（一）預報

從預報的角度來看，在控制模型與調度方面其均具有重要意義，屬于這兩者的前提條件。預報所涵蓋了三方面的內容，其一為氣象;其二為水文;其三為徑流預報。彭濤針對漢江丹江口流域暴雨洪澇災害的相關內容進行研究，為此方面預報能力的提高打下堅實的基礎，并分析漢江丹江口流域水文氣象預報系統(tǒng)有無疏漏之處，促使流域的防洪減災存在可參考的內容 [2]。針對丹江口水庫的洪水預報模型，孔祥林等對其展開了研究。雷曉輝與孫月分析當氣候出現(xiàn)種種波動的時候，丹江口水庫入庫徑流是否還可以保持原有的穩(wěn)定性，如果出現(xiàn)變化，其變化是否存在規(guī)律。王元超構建了合理的中長期徑流預報模型，并在EFDC模型中融入該模型鎮(zhèn)，使兩者之間實現(xiàn)耦合，防止在預測整體的過程中存在較大難度，包括丹江口水質變化、水動力等。并且雷曉輝等主要參照了南水北調中線受水區(qū)，有效構建了分布式水文模擬模型。

（二）模擬

從模擬模型的角度分析，其屬于調度、運行決策的前提條件。王開等主要應用的手段即是模型，進而有效了模擬中線總干渠糙率的變化;馬吉明等開展了水槽試驗，分析當糙率出現(xiàn)波動時，中線干渠輸水是否會出現(xiàn)波動。對于模擬試驗的最終結果，王光謙等開展了整體分析，并從中獲取了中線干渠的糙率合適取值;針對橋梁發(fā)生的各種變化，陳文學等進行了相關研究，目的是了解中線渠道水流形態(tài)，觀察其是否具有穩(wěn)定性，是否會對渠道過水能力造成嚴重影響;針對當前冰期輸水模擬模型的研發(fā)工作，穆祥鵬等現(xiàn)已有效完成;對于中線冰期輸水過渡的過程;范北林等展開了全方面的分析，進而在過渡之前就可有效估測出中線冰期輸水渠道冰情的發(fā)展情況 [3];劉國強將模擬試驗、數(shù)值模擬等作為主要的應用方式，并對中線冰期輸水能力的保持程度有效掌控。

（三）控制

控制在調度目標實現(xiàn)的過程中占據(jù)著舉足輕重的位置。根據(jù)常規(guī)控制的主要算法，可將其分為“前饋”控制算法和“反饋”算法，其中前者的算法存在較高的難度，主要是采用蓄量對其進行補充，進而降低渠池的水位波動率，但該種方法，很難計算出中線閘前常水位運行的程度;而對于“反饋”算法，該算法中主要強調了集中控制算法，使其與渠道模型產生緊密聯(lián)系。尚毅梓在中線渠道中應用了魯棒控制算法，依據(jù)相關實驗結果了解到，通過閘門魯棒算法的作用，可對失衡問題進行有效掌控。

二、亟需攻克和解決的技術難題

（一）變化環(huán)境下水源水庫水資源多目標調度技術

現(xiàn)如今，與以往的設計相比，水源區(qū)條件出現(xiàn)了不同程度的改變，中線通水完成后，又全面規(guī)劃了很多大型調水工程，進而影響了丹江口水岸的調度情況。根據(jù)氣候變化的情況，可有效改變水源區(qū)水量調度的目標，而且也會影響到水源區(qū)的整體情況。并且，在輸配水的整個階段里，存在著許多人們無法預料的風險因素，比如水華、污染等。所以，必須提高對新情況的重視程度，進而有效掌握影響中線工程的各種因素，具體如下：其一，以漢江流域水循環(huán)機理為主要的研究對象，分析在瞬息變化的環(huán)境中其是否會產生變化，并分析水源區(qū)水資源可利用量是否會受到氣候變化的影響;其二，完成水污染事件風險評估模式的建立，提前分析有多大概率會出現(xiàn)水污染;其三，在研發(fā)過程中，可根據(jù)水源區(qū)水庫群水資源多目標優(yōu)化調度模型，明確研發(fā)方案。

（二）變化條件下受水區(qū)多水源聯(lián)合調度技術

自從“最嚴格水資源管理制度”出現(xiàn)在人們的視野后，中線受水區(qū)用水結構難以保持原有的穩(wěn)定性，產生多種變化，為等非常規(guī)水資源利用效率的提高提供了廣闊空間，避免受水區(qū)過于依賴外調水，有些省份充分認識到中線工程通水的重要性，利用這一契機，將超采區(qū)的地下水的壓采工作真正落地，促使該省份外調水的需調水量得到顯著增加，所以分析這些變化條件具有實際意義，主要涵蓋了以下幾方面內容：其一，評估“最嚴格水資源管理制度考核辦法”對外調水使用量的影響，分析“考核辦法”實施前后受水區(qū)用水量和用水習慣的變化[4];其二，研究非常規(guī)水利用是否會對外調水使用量帶來干擾，針對受水區(qū)的用水結構變化進行量化分析;其三，針對受水區(qū)水源轉換對超采區(qū)地下水恢復影響進行多角度、多方位的評估;其四，依據(jù)實際情況完成受水區(qū)多水源聯(lián)合優(yōu)化調度模型的建立，給與調度和分水方案強有力的保障。

（三）總干渠冰水污染多相多過程耦合模擬技術

由于諸多污染物存在于中線干渠中，由此破壞了中線復雜水力建筑物原有的穩(wěn)定性，加大了追蹤溯源的難度。為了從源頭上解決冰害問題，必須針對氣候影響進行全面分析，針對冰期冰凌形成原理進行持續(xù)完善，并完成冰情發(fā)展過程的模擬工作，所以需從以下幾方面入手：其一，基于渡槽和橋梁對明渠輸水過程的影響因素，展開全面的研究和分析，同時研制出精細化模擬水流形態(tài)的耦合模擬模型[5];其二，在研發(fā)過程中，應參照水動力學模型參數(shù)的在線辨識技術，促使水動力模型可以及時了解到數(shù)據(jù)的種種變化，將其作為參考重點，從而針對參數(shù)進行相應調整，由此不但能提升模擬計算的準確性，還能為其提供更多的保障;其三，在研發(fā)過程中，應根據(jù)實際情況，不斷對多模擬模型集成耦合技術進行完善，進而獲得最為新進的技術，同時不斷分析模型的快速求解技術，有助于研發(fā)工作的開展，確保在線實時模擬可得到順利實現(xiàn)。

三、結論

中線工程具備的諸多特點都會對中線調度控制和運行管理造成影響，所以，必須對這些技術難點展開全面的研究，有效構建相關掌控平臺。另外，研究過程中，必須按照五個重點環(huán)節(jié)實行，即“預報-模擬-調度-控制-評價”，并且研發(fā)主要包含諸多技術，即閘泵群自動化控制、渠道污染擴散分析等等，涵括工程的調水方案編制到實時閘門操作的整個流程上的科學問題。解決這些關鍵技術難題和科學問題，將有助于最大發(fā)揮中線工程的綜合效益。

參考文獻：

[1]《呼倫貝爾市集中式飲用水水源保護條例》問題解答[N]. 呼倫貝爾日報，2020-05-30（003）.

[2] 鄔昕彤，鄔俊才.大伙房水庫上游人工水源涵養(yǎng)林功能提升淺析[J].遼寧林業(yè)科技，2019（06）：55-57.

[3] 劉娜娜，張希金，達良俊.間伐對人工水源涵養(yǎng)林碳儲量及其垂直分布的影響[J].西北林學院學報，2016，31（05）：29-36.

[4] 溫成成，黃廷林，李楠，張海涵，林子深，李衍慶，楊尚業(yè)，董亞軍.人工強制混合充氧及誘導自然混合對水源水庫水質改善效果分析[J].環(huán)境科學，2020，41（03）：1227-1235.

（南陽師范學院科研項目“融合人工智能的南水北調渠首段水源保護關鍵技術研究”階段成果之一，項目編號2020QN006）

（南陽師范學院）