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数字水利的应用和实践
来源:admin    时间:2016-10-08
第八届海峡两岸水利科技交流研讨会 
数字水利的应用和实践摘要:本文在分析当前水利事业发展新形势及现代化治水新思路的基础上,初步探讨利用现代计算器和通讯信息技术对水利行业进行全面技术升级活动的数字水利的社会背景、技术背景及其涉及到的关键技术;阐述防汛减灾指挥决策支持系统、水资源实时监控与管理系统、水质监测和评价信息系统、水土保持监测与管理信息系统、水利工程自动化监控与管理系统、水利规划设计管理信息系统、水利工程管理信息系统、水利政务信息系统、水利信息公众服务系统等数字水利应用系统的主要功能目标;并介绍水利部珠江水利委员会科学研究所广东华南水电高新技术开发有限公司在《中小流域防汛决策支持系统》方面所做的一些有重大参考价值的探索性工作。一、前言 频繁发生的洪水灾害直接影响人类生命和财产安全。特有的地理位置和基本国情造成了三大水问题:洪涝灾害、干旱缺水和水环境污染。历年洪水发生的频率和强度明显增加,随着经济社会发展和人口增长,防洪减灾、解决水资源短缺和改善水环境三大中心任务将更加繁重,已引起全社会广泛的关注和高度重视,传统“工程水利”向科学“资源水利”的转变势不可挡。近年来中央水利基建投资总规模达千亿元,水利事业的发展从此步入了一个崭新的历史阶段。 在努力探索和积极发展现代化治水思路,促进和加快传统水利向现代水利、可持续发展水利转变,以水资源的可持续利用支持经济社会的可持续发展的基础上,将水利专业技术与飞速发展的信息技术交汇融合,综合运用以信息技术为核心的一系列高新技术对水利行业进行全方位的技术升级和改造,以水利信息化推动中国水利现代化的进程中,水利界同仁们提出了数字水利与中国水利现代化的治水新理念,高效快速启动数字水利工程,服务于水利事业的防洪减灾、解决水资源短缺和改善水环境三大中心任务,为提高人民生活质量和生活水平而努力。二、数字水利 数字水利是指利用现代计算器和通讯信息技术对水利行业进行全面技术升级活动的统称,此概念的提出有深刻的社会和技术背景:洪涝灾害、干旱缺水和水环境污染三大水问题的解决需要以信息技术为核心的一系列高新技术;可持续发展水利治水新方针需要先进的技术手段为支撑;信息技术高速发展可以为面向水问题提供成熟的技术解决方案。从治水理念上,人们逐渐认识到单纯依靠修建防洪工程并不能有效减少洪灾损失,工程水利必须向可持续发展水利转变,可持续发展水利这种新的治水理念强调人与自然的和谐共处,强调对水资源管理和调配要用全面的、系统的、综合的方法进行整体研究分析,这种新的理念客观上要以先进的技术手段为支持。 从技术发展上,现代计算器和通讯技术飞速发展,为整体摸清水资源这一宏观巨系统提供了可能。当前,信息技术加速向水利行业渗透,远程遥测自动化技术为水资源监测提供了千里眼,计算器主频的不断提高使得对大面积水流快速实时模拟预报成为现实,如火如荼的3S技术将空间位置和专业技术属性有机地结合起来,将水资源与自然界的交互作用真实地再现在人们眼前,不断发展的数据库技术使得大量有关水资源的各类资料存储检索变得容易,卫星遥感技术使大面积灾害监测和评估成为现实,计算器网络技术使得信息共享和网上发布梦想得以实现。各种先进的技术全面推动着水利行业技术升级,构成了数字水利丰富的内涵。 数字水利连接水利行业与信息技术,它涉及到的技术专业非常广泛,其中的关键技术有:远程自动化监控技术、通讯和计算器网络技术、数学模型仿真技术、3S(地理信息系统GIS 、全球定位系统GPS 和卫星遥感RS)技术、数据库技术、系统集成技术等等。从水资源的综合规划、科学管理到水资源工程的设计、施工和运行,数字水利技术无处不在。随着时间推移,信息技术将与水利行业全面融合,数字水利的内容也将不断丰富和发展。三、数字水利应用系统 利用远程自动化监控技术、通讯网络技术、数学模型技术、3S(GIS 、GPS 和RS) 技术、数据库技术、系统集成技术等一系列数字水利关键技术构建的各水利业务系统称之为数字水利应用系统。根据水利业务涵盖的范围及不同的职责分工,数字水利应用系统从项目实施的角度可划分为:防汛减灾指挥决策支持系统、水资源实时监控与管理系统、水质监测和评价信息系统、水土保持监测与管理信息系统、水利工程自动化监控与管理系统、水利规划设计管理信息系统、水利工程管理信息系统、水利政务信息系统、水利信息公众服务系统等。
  1. 防汛减灾指挥决策支持系统 防汛减灾指挥决策支持系统是通过现代远程自动化监控、通讯和计算器网络、数学模型、数据库、地理信息系统GIS 、全球定位系统GPS 等高新技术,实现雨、水、工、险、旱、灾等各类防汛信息的采集、传输、处理和共享。将各种防汛信息进行有效集成,完成各类防汛数据库的建立和维护,对防汛信息进行各种计算处理,如汛情分析、洪水预报、灾情预测等,以防洪预案为基础,迅速、灵活、科学地制定各种可行的防洪抢险方案和应急措施,实现信息传递及时、洪水预报准确、调度指挥优化、防汛管理可视,为现代化防汛减灾指挥提供强大的决策支持,达到最大限度地减少洪涝灾害损失的目的。 2. 水资源实时监控与管理系统水资源实时监控与管理系统是以对水资源实时监测、实时预报、实时调度、实时管理为功能目标。以现代水资源管理理论为依据,以信息技术为基础,综合运用远程自动化控制等各种高新技术手段,对流域或地区的水资源、工程设施及相关的大量信息进行实时采集、传输、优化配置和调度管理。 3. 水质监测和评价信息系统 水质监测和评价信息系统的主要功能是搜集水质信息和相关信息,对各类数据进行处理,为水质预测预报、水功能区划、水体纳污能力计算、水污染事故处理、环境用水调度等提供决策支持。 4. 水土保持监测与管理信息系统水土保持监测与管理信息系统的主要功能是以水土保持监测信息采集系统为基础,实时、准确完成各类水土保持监测信息的采集,利用“3S”技术,完成各类水土保持监测信息的收集、处理、存储和分析,评价水土流失现状,分析和预测水土流失程度、发展趋势和危害程度,确定水土流失治理方案和水土保护措施,分析和评价综合治理效果,同时具有水土保持信息的检索、查询、发布和公告功能。 5. 水利工程自动化监控与管理系统 水利工程自动化监控与管理系统的主要功能是完成大型水利工程实时运行信息的采集、接收、处理和存储管理,对大型水利工程的运行情况实时进行监视,根据自动化监测的各类实时信息和历史运行状况,完成水利工程稳定性、安全性的计算、分析和评价,根据有关防汛指挥调度、水资源调度的指令并结合安全性评价结果实时制定工程运行调度方案,对方案进行评估,并实施远程自动化控制调度。 6. 水利规划设计管理信息系统水利规划设计管理信息系统的主要功能是对勘测、规划、设计等前期工作所需的水文、地质、工程和社会经济等基础数据和规划设计成果进行快速分类存储和分类管理,具有信息综合分析处理、信息查询、成果演示、规划设计动态跟踪管理等功能,为前期设计工作及滚动规划服务。 7. 水利工程管理信息系统 水利工程管理信息系统主要功能是对水利工程的建设和施工的过程管理,包括对各类水利工程设施历史数据和现状信息的收集、整理、入库、检索与查询,存储和管理在建水利工程的设计方案、管理现场、技术规范、政策法规、进度控制、质量控制、招标活动、技术专家库、市场动态等,从而提高水利基本建设的管理水平和规范化程度。 8. 水利政务信息系统 水利政务信息系统以水利信息流的传输、存储、处理、控制为主要内容,对水利政务与水利业务信息进行跨平台整合,实现水利办公准确、方便、高效、智能一体化。分为通用办公子系统和处室业务子系统两大部分。通用办公子系统的主要功能是完成公文处理、机关事务管理、档案管理、公共信息发布以及提供在线会议、讨论区、电子邮件等;处室业务子系统的主要功能是为各处室处理专项业务提供信息管理、查询和业务处理流程、手段和方法以及生成各类业务报表和管理成果。 9. 水利信息公众服务系统水利信息公众服务系统的主要功能是通过建立水利部门网站,利用Internet技术,完成水利部门及时向社会发布有关水利最新动态信息,接收社会公众对水利部门工作的意见、建议和检举,向社会公众提供信息检索、浏览和政策法规、办事程序等咨询服务。从而提高水利部门办事的透明度,提高水利部门为社会公众服务的意识和水平,自觉地接收社会的监督,争取社会对水利事业的支持,更好地为社会服务。
  四、数字水利工程实践目前,随着现代化治水思路的确立,良好的宏观环境、明确的工作目标和技术条件的成熟使水利事业处于前所未有的发展好时期,各级水利和科技部门、计算器和通讯软硬件商、专业技术开发商及其它社会同仁响应历史的召唤,抓住这千载难逢的发展机遇,紧密跟踪当前科技的最新技术和发展趋势,从水利信息流入手,将以信息技术为核心的一系列高新技术全面引入水利行业,服务于防洪减灾、解决水资源短缺和改善水环境三大中心任务,在实现中国水利现代化的数字水利工程方面进行了大量实践。 在数字水利工程实践活动中,水利部珠江水利委员会科学研究所广东华南水电高新技术开发有限公司、北京慧图信息科技有限公司、深圳吉奥麦特科技发展有限公司和福州四创软件开发有限公司等专业技术开发商积极探索并发展形成了各具特色的技术解决方案,其努力已得到社会各界的广泛认同。由华南公司开发具有自主知识产权的《中小流域防汛决策支持系统》,能整合先进的GIS技术、数据库技术、水文产汇流模型、一维河道洪水演进水力学模型、计算器系统集成技术,根据预报或实测的降雨径流、水库调度、天文潮、风暴潮等信息,实现科学、可靠、方便、快速的洪水演进和淹没范围预报,为防汛调度指挥提供决策和支持。目前国内数以百计的各级防汛指挥部门正面临着建设防汛指挥决策支持系统的迫切任务,急需建立集防汛信息采集、传输、存贮、处理一体自动化的防汛指挥系统。决策全面、准确、及时的防汛指挥系统的建立,将大大提高雨情、水情、工情、旱情和灾情信息采集的准确性及传输的时效性,能快速、合理地对洪水过程和淹没范围及其发展趋势做出预测预警,预先制定防洪抢险调度方案,充分发挥己建工程设施的效能,为管理决策部门提供科学高效的服务,确保国家财产和人民生命财产安全,最大限度减少因突发洪灾造成的经济损失和人员伤亡。因此,华南公司在《中小流域防汛决策支持系统》工作中所取得的成果,对于目前我国正在进行的各级防汛指挥系统建设有重大参考价值。 数字水利以现代化的治水新思路为指导,紧密跟踪当前科技的最新技术和发展趋势,从水利信息流入手,将以信息技术为核心的一系列高新技术全面引入水利行业,直接服务于水利现代化的具体实践,有着广泛的应用前景,将大大推进中国水利现代化进程。随着时间的推移,数字水利的内涵将不断丰富与发展,中国水利现代化水平也将不断提高。2003年3 月。
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