水资源实时监控管理系统的建设

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水资源优化配置是水资源管理的重点，而水资源实时监控管理系统在水资源优化配置中又具有举足轻重的作用。水资源实时监控管理系统由数据库、模型库、知识库、在线数据采集子系统、综合信息管理子系统、综合分析与决策支持子系统、实时控制管理子系统等组成。它是高技术的集成，体现了水资源可持续利用原则，并且代表了当前世界水资源管理的方向。我国应在“总体设计、分步实施、试点示范、全面推开”的原则下建设水资源实时监控管理系统。

　　当前，我国水利建设面临着从传统水利向现代水利转变的历史任务。如何实现水利现代化？如何实现水资源的可持续利用？在水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护的综合管理任务中，如何改变过去粗放式的管理方式，而采用集约式的现代管理方式？面对这些问题，我们不能不去研究国际上对自然资源管理的新思潮，不能不去研究全球高科技突飞猛进的发展大潮流。水资源的优化配置是水资源管理的重点。实施对水资源动态的、实时的、优化的配置，基础是获取大量的、动态的水资源及相关信息。当代高技术的发展，特别是信息技术、数字化技术的发展，使得对水资源进行实时监控管理已经成为可能。这种系统的建设将使水资源的管理发生重大变革，也将带来巨大的经济社会效益。当前在国际上，水资源实时监控管理系统，代表了水资源管理的现代方向。

　　一、水资源实时监控管理系统的特点及技术要求

　　什么是“水资源实时监控管理系统”呢？这个系统是以信息技术为基础，运用各种高新科技手段，对流域或地区的水资源及相关的大量信息进行实时采集、传输及管理；以现代水资源管理理论为基础，以计算机技术为依托对流域或地区的水资源进行实时、优化配置和调度；以远程控制及自动化技术为依托对流域或地区的工程设施进行控制操作。

　　这种系统的主要特点是：①对水资源进行实时监测。监测的内容包括水量和水质。实时监测的意义在于：只有掌握瞬时变化的水量信息，才能科学、准确地进行资源配置及调度；只有掌握瞬时变化的水质信息，才能对环境质量进行动态评价和有效监督，也才有可能应对水污染突发事件，保证供水安全。②这种系统以地理信息系统（GIS）为框架，除了采集水资源信息外，还广泛采集流域或地区内的气象、墒情等自然信息，水利工程等基础设施信息，经济与社会发展的基本信息以及需水部门的需水信息。③它不同于以往的水资源监测系统，仅仅具有监测功能。这种系统更重要的功能是进行实时配置调度。它是在监测的基础上，以大量的综合信息为基础，采用现代水资源管理数学模型，为水资源的实时配置、调度提供决策支持。这种模型势必突破“就水论水”局限，体现经济与社会发展--资源--环境的协调统一，体现水资源的可持续利用原则，体现“依法治水”的原则。④这种系统应是高新技术的集成。系统的设置应充分吸收国际上最新技术，坚持高起点。它包括监测技术、通信、网络、数字化技术、遥感、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）、计算机辅助决策支持系统、人工智能、远程控制等先进技术。⑤它的设置应是因地制宜的。针对不同流域、不同地区不同的经济发展水平及基础设施状况，水资源管理中不同的重点问题，水资源实时监控管理系统的设置也应具有不同的特点。系统的设置还应与防洪调度指挥系统的建设相结合。

　　这种系统的技术要求是：①以现代电子、信息、网络技术为基础，实现监测数据的自动采集、实时传输和在线分析，有效地提高监测数据的实时性和准确率，确保监测信息的有效性。②充分掌握所在地区水资源供需状况，建立相应的资料库和水量、水质模型、供需水模型及生态环境分析模型。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、工业用水、农业用水、生态环境用水等。③充分运用现代计算机和人工智能等技术进行高度技术集成，快速、高效、准确、客观地分析处理大量监测数据信息，并根据已建立的供需水模型和水环境分析模型等，动态生成水资源优化配置、调配计划等辅助决策方案。④以综合分析和辅助决策为基础，实现对水资源的优化配置、远程控制和科学管理等，即实现水资源调控的现代化。⑤系统应具有很强的实用性和动态可扩展性，以满足不同用户的需求。

　　二、水资源实时监控管理系统的基本结构

　　水资源实时监控管理系统应具备水资源实时测、水资源实时预报、水资源实时调度和水资源实时管理等功能。其功能概要详见图1.系统的总体结构又可分解为以下主要部分（参见图2）：①数据库（包含图形库、图像库和CIS系统），②模型库（包括方法库），③知识库，④在线数据采集子系统，⑤综合信息管理子系统，⑥综合分析与决策支持子系统，⑦实时控制管理子系统。其核心是综合分析与决策支持子系统以及数据库、模型库、知识库。其他各部分则为系统核心的补充、延展和支持。

　　系统总控目的是建立系统各部分之间的联系、控制各库和各子系统的协调运行。

　　在线数据采集子系统提供相关水资源与水环境监测数据的自动化采集和数据可靠性在线分析功能。其重点是对地表水和地下水（水量、水位、水质及水温等）的实时动态监测和监测数据的自动化采集、监测数据预处理，以及监测数据可靠性的实时在线分析处理等。该子系统还应提供与各类监测仪器衔接的数据采集接口，通过接口模块动态收集监测数据资料，确保存入数据库中的监测资料的有效性、完整性和可靠性。

　　综合信息管理子系统管理各种水资源水环境监控项目的数据资料，具有监测数据资料的输入、存储、整编、查询与传输等功能，对水资源监控数据资料进行综合管理和处理。该子系统还应提供对综合分析与决策支持子系统以及实时控制子系统的数据传输接口。

　　实时控制子系统主要完成两个功能：一是将系统综合分析与辅助决策的成果以实时报告（如水资源预报、水质分析公报、企业排污超标警报、水资源调配建议方案等）和多媒体报警信号（如大屏幕指示、声光警报等）的形式进行动态输出，以供决策部门进行水资源配置和管理参考；二是将输出指令直接作用于可控自动化水资源调配和控制设备（如给、排水闸门等），通过有线/无线/远程控制技术对系统所涉区域内的重点给、排水设备及重点控制工程进行远距离的调节控制。

　　综合分析与决策支持子系统对实时监测获得的数据信息进行综合分析处理。其主要功能就是运用模型库中的相应模型对监测数据资料进行智能化的综合分析，参照知识库中的专家知识和有关法律、法规、规程规范，形成水资源（包括水量、水质、水情和水环境等）动态状况的分析成果；并根据分析成果，产生辅助决策报告或直接发布控制指令。系统还应专门设计有多库协同器，进行各库之间的协调。多库协同器提供系统各库的协同规划、综合调度、人机交互、资源共享、冲突仲裁和通信联络等处理功能。

　　综合分析与决策支持子系统是本系统的技术核心，它将以国内外近年在水源、水环境和农田水利等方面的科研成果为基础，结合现代高新技术进行综合开发，形成技术先进、功能完善、实用性强、又便于扩展和更新的具有决策支持能力的智能化综合分析系统。

　　数据库是整个系统运转的基础，准确高效地收集和及时处理大量复杂的监测数据资料是整个系统设计和开发的重点。数据库及综合信息管理子系统是面向数据信息存储和信息查询的计算机软件系统。本系统的数据库内容包括：①水利工程档案库，②监测仪器特征库，③原始监测数据库，④整编监测数据库，⑤监测网站资料库，⑥人工巡视检查资料库，⑦数据自动采集参数库，⑧模型输入输出数据库，⑨成果数据库，⑩实时控制日志数据库等。图形库和图像库是数据库的延展和补充。

　　模型库及其管理子系统提供相应分析处理使用的处理模型和计算方法的例程库。包括各种时态和空间模型、在线数据可靠性分析算法等。包括水情预报模型、水量评价模型、水量预测模型、水质评价模型、水质预测模型、水污染模型、需水模型、生态环境分析模型、洪水演进及仿真模型、决策支持模型等等。

　　知识库及其管理子系统是用于知识信息的存储及其使用管理的计算机软件系统。本系统的知识库内容包括：①各监控项目的监控指标，②日常巡视检查的评判标准，③监测数据误差限值，④专业规律指标，⑤专家知识经验，⑥水利法律、法规，行业规程、规范的有关条款等。

　　三、水资源实时监控管理系统的实施

　　水资源实时监控管理系统是一个十分庞大又十分复杂的系统，具体实施过程中要坚持“总体设计，分步实施，试点示范，全面推开”的原则，并充分利用现有的防汛指挥系统、水文站网、水质监测系统，形成新的网络。

　　首先，组织好项目的前期工作。组织系统内外的专家在国内外广泛调研的基础上，进行系统的研究开发和设计工作。其次，要选好试点，发挥试点的示范作用。对试点项目运行经验进行总结使系统不断完善。通过试点，还要总结提炼出相应的技术导则和技术规范。在试点项目的基础上，制定全面实施规划，因地制宜地进行推广。对新建项目，如具备条件，在设计时就要将实时监控管理系统纳入项目计划。可以预言，水资源实时监控管理系统的建设，必将有力地推动我国水利现代化的进程。