雪野湖智慧流域建設構想

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構想

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的主要構想，分析了各智能監控平臺的組成與作用，為類似流域信息化建設提供借鑒。

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。北與濟南接壤，東與淄博交界，西與泰安為鄰。流域內有通天河、嬴汶河兩條主要河流。

1　智慧流域建設的主要內容

1.1智慧網絡平臺的組成

雪野湖智慧流域網絡平臺建設以專業應用與決策支持為目標，主要由以下幾部分組成。1）感知層作為智慧流域的神經末梢，包括各類監測設備、工控設備、傳感器節點、移動設備等。通過這些設備能夠實時獲取降雨蒸發、地表徑流、取水、輸水、水質等信息。這些信息的快速獲取，在智慧流域建設中具有基礎性地位。2）傳輸層通過互聯網、局域網、移動通信網等基礎傳輸網絡實現信息資源的高效共享和交換，針對互聯網、業務專網等不同范圍網絡還需要提供相應的隔離措施與安全保障。3）數據層完成對感知層來源數據、基礎數據、綜合業務數據及其他平臺涉及數據的匯集、共建共享與更新維護，為上層業務集成與應用提供完整的數據分析依據。4）智能分析層和智能應用層是智慧流域的核心部分，智能分析層將數據挖掘、數學模型及專家庫知識體系與業務應用相結合，在智能應用層中對水利專業工作中各類事務特征和變化規律進行抽象描述和規律研究，用系統功能滿足業務管理對智慧的需求，同時承載智慧流域系統中各類資源、目錄與存儲發布信息，為各相關用戶提供流域管理公共資源。

1.2建立全生命周期監測監控平臺

監測監控平臺能夠實時接收水質、水位、水量、流量等自動檢測數據，對接收的地表濕地、河流、水渠等各類信息進行分類、處理并動態傳輸到監測中心數據庫中。系統平臺具有如下特性：1）能進行24 h連續在線監測、數據接收、監控、信息查詢服務；2）每日監測次數和自報次數可以本地設置及遠程設置，監測采用定時自報和召測工作方式；3）能通過無線、有線、網絡等方式獲取自動監測站采集的監測信息和測站測量參數、設備運行狀態信息；4）具有現地、遠程軟件下載、參數配置功能；5）具有設備故障、異常，試劑液位超限，監測數據超限自動報警功能；6）能根據實時采集的流速、水位和水位-面積關系，計算斷面流量；7）數據接收系統控制軟件具有擴展功能。

1.3雪野湖智慧流域建設的主要成果

1）建立起全方位的水量、水質自動監測站，使流域防洪、排澇、供水、用水、節水、污水處理及回用全方位、全過程監控，并通過遙感、遙測和傳感器自動采集、云臺攝像、數據接口自動獲取等高效、準確、安全、節能的采集手段，完成全生命周期水資源監控。

2）在建立全生命周期水資源監控的基礎上，實現流域內水資源配置和高效利用，尤其是對流域內水循環網絡實現自動化監控，提高流域內外的洪水安全預測，實現雨洪資源的最大化利用。

3）對流域內的水質實現全方位的監控，并對突發的水污染事件提供預警與應急決策支持。

4）建立數字化的信息服務平臺，對流域內外的用戶提供實時的水利信息服務，提高雪野湖流域的水利信息化服務水平。

2　智慧化水資源配置與調度建設

基于水資源規劃成果，建立一個能反映雪野湖流域范圍內各組成部分實際情況的水資源數學模型，進行區域內水資源系統模擬、供需平衡分析和多個水利工程聯合優化調度，對水資源配置和高效利用規劃提供設計方案評估和技術支持。

1）水循環網絡監控。系統結合水資源模型，對規劃水循環網絡進行監控，對未來不同水文條件下的流域水資源變化進行實施分析、統籌安排與科學分配。

2）水資源優化配置。結合規劃水網及各小流域水量監測站，按照不同的水資源需求，優化并進行方案設計，在區域分配協調、用水效益等復雜關系中輔助制定水資源優化配置方案，為選擇最佳開發利用方式提供建議。

3）供需平衡分析。系統通過友好的方案化管理界面，對不同頻率典型年、不同分區、不同時段的水資源供需關系進行動態模擬，以定制化的統計圖表、地圖標注等方式顯示并輸出水資源均衡動態變化分析評價結果。

4）應急調水模擬。基于流域內水循環網絡的建設，對調度指令下達、反饋及調水影響進行模擬演練，研究不同水文條件下不同調水措施能否滿足調度方案的預期需求，為最優調水措施的選擇提供決策支持。

5）流域內小水庫（群）運行模擬與優化調度。通過對流域內小水庫群系統進行監控，滿足小流域內灌溉和生態用水需求。

6）防洪減災預警。基于數學模型對雪野湖水動力條件進行全面分析，評估區域內河流的水位，模擬雨洪風險，并對汛期進行預警，及時發布預警信息并提供決策支持信息。

3　突發水環境事故預警與應急響應

在雪野湖流域發生突發水環境事故時，系統能夠快速進行模擬分析，預測事故演變規律和影響范圍，根據其等級及危害程度并通過多種手段聯合發布相關的預警信息。

1）污染物位置確定及路徑模擬。在系統界面中設定污染事件的詳細信息，指定污染事件數量，每個事件包括幾種污染物組分，對于每個污染事件，能指定事件的名稱、位置、污染事件的開始和結束時間、流量。通過和GIS地圖的交互，事件發生的位置能夠被識別并記錄下來，同時在地圖上預測并模擬污染物的傳播路徑和傳播時間點，為制定各類突發應急事件的應急預案和防控措施提供決策支持信息。

2）水環境污染事故模擬。用戶新建突發事故并進行模擬分析之后，如果需要制定相應的響應方案，可啟動預案研究，根據事故方案派生出研究方案，允許用戶設置一個或者多個條件以查看采取不同措施之后對污染事故的影響。應對方案研究模塊用于輔助用戶制定污染事件的應急反應計劃。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）小流域監測。由雪野水庫管理處和市水土保持監測站共同承擔小流域的監測工作。監測方法主要參照《水環境監測規范》（SL219-98）和《水土保持監測技術規程》（SL277-2002）。

4　信息共享與公眾感知

以數據中心和智能應用成果為基礎，智慧流域信息共享平臺采用面向服務的體系架構（Service-Oriented Architecture，SOA），提供豐富的基于流域水利信息數據管理的綜合服務資源。

信息共享平臺結合GIS、通信網絡與信息發布技術，將業務數據信息、智能決策信息與空間數據信息疊加起來，可以實現不同部門、不同業務領域之間的集成，保證來自不同部門的人員可以方便地獲取其它業務系統數據，最大程度的利用現有與新生資源。公眾感知信息發布平臺采用B/S（瀏覽器/服務器）和M/S（移動端/服務器）分布式系統架構，提供各類監測監控數據、預測預警模擬數據、決策支持分析信息的審核、發布和監管功能，能夠同時將監測和預警數據向各級領導、相關人員、企業及社會公眾進行有針對性的提供，可以在雪野湖流域內實現信息定制服務。

（責任編輯 趙其芬）

TV21

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1009-6159（2016）-04-0023-02

2015-11-10

吳修濤（1974—），男，高級工程師