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水文在水利工程管理中應(yīng)用

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水文在水利工程管理中應(yīng)用

摘要:水資源是人類賴以生存的重要資源,若要實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用,必須通過水利工程來實(shí)現(xiàn),在水利工程建設(shè)中,水文與水質(zhì)管理是其重要依據(jù)。隨著數(shù)字信息時(shí)代的發(fā)展,水文與水質(zhì)管理工作也面臨著變革,采用水文與水質(zhì)管理系統(tǒng),對(duì)于水利工程的建設(shè)與發(fā)展具有重要意義。因此,本文以廣東省東莞市江庫聯(lián)網(wǎng)工程為例,首先從東莞市水資源以及水利工程開發(fā)的現(xiàn)狀著手,然后分析水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)在東莞市江庫聯(lián)網(wǎng)工程中發(fā)揮的作用,最后對(duì)水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)在東莞市水利工程中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞:水文與水質(zhì)管理系統(tǒng);水利工程;水資源

水文與水質(zhì)管理已成為當(dāng)前水利工程建設(shè)的一項(xiàng)重要工作。水文水質(zhì)管理系統(tǒng)主要可在現(xiàn)場勘查、數(shù)據(jù)資料收集、蓄水位以及死水位的確立等方面進(jìn)行管理應(yīng)用,通過該系統(tǒng)的應(yīng)用,能夠?yàn)樗こ痰慕ㄔO(shè)與管維提供必要的依據(jù)[1]。廣東省東莞市的水資源豐富,是東深供水工程的水源地,若能應(yīng)用現(xiàn)代化的管理系統(tǒng)加強(qiáng)該水文與水質(zhì)管理,不僅關(guān)系到當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活用水安全,而且還深刻地影響到整個(gè)東深供水工程,對(duì)深港兩地的飲用水安全至關(guān)重要,所以水文與水質(zhì)管理是一項(xiàng)極為重要的工作。本文以廣東省東莞市江庫聯(lián)網(wǎng)工程為例,對(duì)該地區(qū)水利工程中應(yīng)用的水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)發(fā)揮的成效進(jìn)行研究。

一、東莞市水資源以及水利工程開發(fā)的現(xiàn)狀分析

1.東莞市水資源概況

東江是東莞市的主要供水水源地。東江作為過境河流,多年平均天然徑流量為244.6億m3,將近85%集中在汛期,由于東江承擔(dān)著港深、惠州、河源以及東莞、廣州等發(fā)達(dá)地區(qū)的供水任務(wù),供水矛盾突出,因此東江入境可為東莞市所利用的水資源量要在全省水資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)上由省進(jìn)行統(tǒng)一分配。但境內(nèi)多年平均水資源總量為20.76億m3,(地表水20.55;地下水5.63;重復(fù)5.42)折合年徑流深842.2mm。其中:東江下游多年平均水資源總量為8.10億m3,折合年徑流深948.6mm,占全市水資源總量的39.0%;東江三角洲12.66億m3,折合年徑流深785.8mm,占全市水資源總量的61.0%。人均占有境內(nèi)水資源量為245m3/人。根據(jù)廣東省水資源及其開發(fā)利用評(píng)價(jià),全省人均水資源量為2,627m3/人,東莞市人均占有境內(nèi)水資源量僅為全省平均數(shù)的8.9%。可見,東莞市當(dāng)?shù)厮Y源極為貧乏。由于境內(nèi)水體污染嚴(yán)重,部分地下水受到污染,根據(jù)監(jiān)測資料,有超過半數(shù)的地下水受到污染,水質(zhì)類別達(dá)到Ⅴ類。超標(biāo)的項(xiàng)目有亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、硫酸鹽、PH值和總大腸菌群。境內(nèi)主要河流石馬河、寒溪河、東引運(yùn)河水體污染嚴(yán)重,水質(zhì)全年基本都劣Ⅴ類由此可見,東莞市的水資源豐富,但水資源污染情況嚴(yán)重,用水安全存在極大隱患,針對(duì)該市水資源開展水文與水質(zhì)管理工作極為必要。

2.水利工程開發(fā)現(xiàn)狀

東莞市2021年底共有蓄水工程165座,總庫容39,045萬m3,興利庫容24,202萬m3,現(xiàn)狀年供水能力39,070萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力36,376萬m3。其中中型水庫7座,總庫容20,938萬m3,,興利庫容12,033萬m3,現(xiàn)狀年供水能力19,428萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力14,449萬m3;?。?)型水庫39座,總庫容14,311萬m3,興利庫容9,433萬m3,現(xiàn)狀年供水能力15,303萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力15,566萬m3;?。?)型水庫88座,總庫容3,635萬m3,興利庫容2,613萬m3,現(xiàn)狀年供水能力4,154萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力6,125萬m3;塘壩31座,總庫容162萬m3,興利庫容123萬m3,現(xiàn)狀年供水能力185萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力236萬m3。按水資源分區(qū)統(tǒng)計(jì),東江區(qū)蓄水工程60座,總庫容11,198萬m3,興利庫容7,190萬m3,現(xiàn)狀年供水能力11,082萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力11,848萬m3,其中中型水庫3座,?。?)型水庫16座,小(2)型水庫34座,塘壩7座。東江三角洲區(qū)蓄水工程105座,總庫容27,847萬m3,興利庫容17,011萬m3,現(xiàn)狀年供水能力27,989萬m3,設(shè)計(jì)年供水能力24,528萬m3,其中中型水庫4座,?。?)型水庫23座,?。?)型水庫54座,塘壩24座根據(jù)上述分析,該市對(duì)水利工程的開發(fā)比較重視,但過于復(fù)雜的水利工程體系,造成管理難度加大,必須通過有效的管理技術(shù)方法開展水利工程管理,實(shí)現(xiàn)水利工程開發(fā)與管理工作齊頭并進(jìn),提升水利工程的整體效益。

二、水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)的應(yīng)用

1.水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)的應(yīng)用模型設(shè)計(jì)

東莞水利工程中,對(duì)水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)開展設(shè)計(jì)時(shí),是基于系統(tǒng)觀點(diǎn)來開展整體思想設(shè)計(jì)的。該管理系統(tǒng)的每一個(gè)模塊均需同數(shù)據(jù)庫之間構(gòu)建完整的結(jié)構(gòu),并且還需要經(jīng)每一個(gè)接口使數(shù)據(jù)交換這一常用功能予以實(shí)現(xiàn)。管理系統(tǒng)能夠利用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理,從而使該系統(tǒng)同時(shí)具備數(shù)據(jù)收集處理、數(shù)據(jù)輸入輸出、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換以及數(shù)據(jù)預(yù)覽等多功能。管理系統(tǒng)可對(duì)收集的原始數(shù)據(jù)、運(yùn)算標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)算結(jié)果和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換設(shè)施統(tǒng)一存儲(chǔ),以便開展統(tǒng)一的處理與調(diào)控,從而達(dá)到數(shù)據(jù)輸出以及數(shù)據(jù)交換的目的。江庫聯(lián)網(wǎng)工程水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)采用了VB(VisualBasic)開展可視化編程,不僅具備語言運(yùn)行功能,而且還具備Mapinfo功能,同時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用WA(WindowsAccess),對(duì)Access數(shù)據(jù)予以保留,使之與數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換程序共同形成統(tǒng)一的管理平臺(tái)。該平臺(tái)的主要功能包括數(shù)據(jù)預(yù)覽、數(shù)據(jù)報(bào)表生成、數(shù)據(jù)處理輸出等。其包含的數(shù)據(jù)表有地下水流量監(jiān)測表、水質(zhì)監(jiān)測表、溫度監(jiān)測表等,同時(shí)還包括一些基礎(chǔ)性資料,對(duì)于數(shù)據(jù)管理還具有刪除、查詢、修改以及輸入等功能,江庫聯(lián)網(wǎng)工程水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)的功能應(yīng)用模型見圖2所示。

2.水文水資源險(xiǎn)情的預(yù)警功能模塊設(shè)計(jì)

在這一模型之中,可保證在精度任意條件下對(duì)任意函數(shù)實(shí)現(xiàn),但是其并未對(duì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造提供一個(gè)可行有效的方法。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)以及隱藏?cái)?shù)進(jìn)行選取,在該模型之中,節(jié)點(diǎn)機(jī)理所對(duì)應(yīng)的函數(shù)可以表達(dá)為:fx=1/(1+e-x-θ)式中,x表示節(jié)點(diǎn)的信息;表示節(jié)點(diǎn)的閾值。通過該機(jī)理函數(shù)在此方面開展模型訓(xùn)練,同時(shí)采用知識(shí)形式將其予以表現(xiàn)。在該模型下,如果水文水資源出現(xiàn)險(xiǎn)情預(yù)警,且險(xiǎn)情預(yù)警對(duì)象Y包含的樣本有n個(gè),則其表達(dá)式可表示為:Y={y1,y2,……yn}通過成因分析以及實(shí)況分析得知,個(gè)樣本所對(duì)應(yīng)的m險(xiǎn)情預(yù)警因子的特征,則針對(duì)樣本數(shù)量n,其特征矩陣如下:因m個(gè)險(xiǎn)情預(yù)警因子的物理量之間存在差異,同時(shí)在量綱方面也存在差異,并且由于險(xiǎn)情預(yù)警因子同樣本數(shù)量之間存在正相關(guān)或是負(fù)相關(guān)的關(guān)系,則對(duì)應(yīng)的險(xiǎn)情預(yù)警因子對(duì)象特征可表達(dá)為:ai=yi/ymn。其險(xiǎn)情預(yù)警因子對(duì)象Y所對(duì)應(yīng)的樣本值格式化向量可以表達(dá)為:A=(a1,a2,……,am)。在數(shù)據(jù)輸入模塊之中,借助節(jié)點(diǎn)i使獲取的信息輸入到隱藏節(jié)點(diǎn)之中,當(dāng)輸入的節(jié)點(diǎn)與輸出的節(jié)點(diǎn)之間等同的情況下,即可表達(dá)為:uij=rij。式中,可理解為將節(jié)點(diǎn)i之中的信息向隱藏節(jié)點(diǎn)輸入,為了更加便于描述該隱藏節(jié)點(diǎn),可將其標(biāo)準(zhǔn)向量表達(dá)為:S=(s1,s2,……,se)。在隱藏節(jié)點(diǎn)之中的機(jī)理函數(shù)所對(duì)應(yīng)的識(shí)別模型可表達(dá)為:式中,表示i輸出相對(duì)于h輸入的權(quán)重;j代表樣本號(hào)。將p作為輸出節(jié)點(diǎn)的機(jī)理函數(shù),并對(duì)其展開結(jié)果優(yōu)選,則其表達(dá)式為:式中,表示p同h之間連接權(quán)重。以險(xiǎn)情預(yù)警因子結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ),對(duì)其計(jì)算之后,從而可對(duì)江庫聯(lián)網(wǎng)工程之中出現(xiàn)的險(xiǎn)情因素實(shí)施進(jìn)一步分析。

3.水文水資源的多層次決策優(yōu)選功能模塊設(shè)計(jì)

以整體模型的特征作為依據(jù),對(duì)整體模型劃分成H層,處于最高層的便是H層,在整體模型層次之中,各層均設(shè)置了若干個(gè)并列狀態(tài)下的單元子系統(tǒng)。在該優(yōu)選流程中,最底層的單元子系統(tǒng)都出現(xiàn)目標(biāo)特征輸入其中。據(jù)此能夠?qū)Φ诙記Q策單元的輸出進(jìn)行計(jì)算,以這種方法依次逐層計(jì)算,從而得出H層計(jì)算結(jié)果。以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為依據(jù),對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)重進(jìn)行模擬。依照該向量方案之中的權(quán)重大小,可以確定各種方案的優(yōu)劣,并對(duì)優(yōu)劣程度進(jìn)行排序,從而實(shí)現(xiàn)管理決策的最優(yōu)化。

4.分析水利工程的效益功能模塊設(shè)計(jì)

經(jīng)分析系統(tǒng)目標(biāo)效益,需要在模型中出現(xiàn)的各種隨機(jī)因素條件下,依照各因素之間存在的約束關(guān)系,對(duì)江庫聯(lián)網(wǎng)工程的效益結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效構(gòu)建,具體見圖2所示。從圖2中可以觀察到,江庫聯(lián)網(wǎng)水庫在運(yùn)行中是按照東莞水利工程水文水資源調(diào)度規(guī)則來進(jìn)行資源調(diào)度的,實(shí)現(xiàn)了資源調(diào)度的規(guī)范化,同時(shí),各水庫間也存在一些節(jié)點(diǎn),可以將水利工程區(qū)間資源投入到節(jié)點(diǎn)之中,從而使聯(lián)網(wǎng)水庫運(yùn)行中能夠?qū)?nèi)外部資源進(jìn)行充分有效地利用,實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置,從而對(duì)于聯(lián)網(wǎng)水利工程效益的提升發(fā)揮著重要作用,江庫聯(lián)網(wǎng)工程水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí),可對(duì)內(nèi)外部資源數(shù)據(jù)進(jìn)行掌控,而資源調(diào)度則是通過該系統(tǒng)操作的,該系統(tǒng)通過觀察各類資源的情況,按照資源調(diào)度規(guī)則適當(dāng)?shù)貙①Y源進(jìn)行調(diào)度,完成調(diào)度后,該系統(tǒng)能夠得出各水利工程所耗用的資源量,根據(jù)資源量及水利工程產(chǎn)出量綜合分析經(jīng)濟(jì)效益。

三、水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)在江庫聯(lián)網(wǎng)水庫中發(fā)揮的重要作用

為了提升江庫聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與管理的整體效益,該地區(qū)在開展水利工程管理工作中應(yīng)用了水文與水質(zhì)管理系統(tǒng),從目前的應(yīng)用現(xiàn)狀來看,該系統(tǒng)在發(fā)揮的重要作用突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1.實(shí)現(xiàn)信息資源的準(zhǔn)確收集

江庫聯(lián)網(wǎng)工程在開展日常管理工作中,信息資源的收集屬于重點(diǎn)工作,此項(xiàng)工作的主要內(nèi)容包括水利工程安全信息的記錄、工程設(shè)計(jì)材料記錄、工程維修維護(hù)記錄以及工程加固信息記錄等[2]。在信息資源收集時(shí),需要根據(jù)東莞市自然環(huán)境條件,對(duì)水利工程現(xiàn)場的地質(zhì)地形特征、集水面積以及河流河道的主要特性等方面信息資料開展勘察及比對(duì),根據(jù)勘察獲取的數(shù)據(jù)信息,利用該管理系統(tǒng)的計(jì)算模塊,開展完整、統(tǒng)一的計(jì)算。

2.實(shí)現(xiàn)水利工程的現(xiàn)場勘測

水利工程在實(shí)際運(yùn)行時(shí),需要對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行全面勘測,在江庫聯(lián)網(wǎng)工程未采取水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)時(shí)期,由于現(xiàn)場勘測的難度比較大,并且需要耗費(fèi)較多的人力及物力資源,所以水利工程前期管理并未采用水文與水質(zhì)管理系統(tǒng),在水利工程管理方面不夠全面,尤其是對(duì)水利工程現(xiàn)場勘測工作缺乏重視,導(dǎo)致管理方案與工程實(shí)際需求不符,對(duì)水利工程的運(yùn)管維護(hù)造成不良影響[3],近年來,江庫聯(lián)網(wǎng)工程在開展運(yùn)維管理工作中逐漸意識(shí)到現(xiàn)場勘測工作的重要性,關(guān)注地下水的流量、溫度、水位以及水質(zhì)等方面的勘測[4],并重視數(shù)據(jù)化管理,所以采用先進(jìn)的水文與水質(zhì)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了水利工程現(xiàn)場勘測效果的提升,為水文水資源管理提供必需的數(shù)據(jù)支持。

3.實(shí)現(xiàn)水文水資源險(xiǎn)情的預(yù)報(bào)

水文水資源險(xiǎn)情主要包括洪澇、旱情等,一旦險(xiǎn)情突發(fā),則會(huì)對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們生活產(chǎn)生嚴(yán)重的危害,甚至?xí)?duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。因此,開展水文水資源監(jiān)測管控的意義重大[5]。江庫聯(lián)網(wǎng)工程采用的水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)能夠?qū)π钏砍霈F(xiàn)的變化、河流上下游水位差值等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和計(jì)算,當(dāng)計(jì)算值超出預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)值后,管理系統(tǒng)會(huì)發(fā)出安全警報(bào),相關(guān)監(jiān)測人員便能夠通過警報(bào)了解水文水資源出現(xiàn)的險(xiǎn)情,從而采取有效措施對(duì)險(xiǎn)情的發(fā)生予以預(yù)防處理,避免因險(xiǎn)情發(fā)生造成重大事故及損失。

4.實(shí)現(xiàn)蓄水位的合理調(diào)整

在江庫聯(lián)網(wǎng)工程中,死水位以及蓄水位在常規(guī)情況下是不會(huì)進(jìn)行調(diào)整的,但在實(shí)際運(yùn)維管理中,需要依照實(shí)際情況適當(dāng)予以調(diào)整。蓄水位之所以要進(jìn)行調(diào)整,主要是因水庫的總體容量達(dá)不到實(shí)際需求,在此情況下,既往通常會(huì)向上級(jí)部門進(jìn)行匯報(bào),通過上級(jí)部門審批后方可進(jìn)行調(diào)整,這種常規(guī)流程過于復(fù)雜,并且上級(jí)部門審批還需要結(jié)合實(shí)際蓄水位來進(jìn)行確定,導(dǎo)致審批時(shí)間較長,容易出現(xiàn)不可預(yù)估的風(fēng)險(xiǎn),而采用水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)之后,通過該系統(tǒng)能夠?qū)λ坏淖兓M(jìn)行監(jiān)測,并通過系統(tǒng)平臺(tái)將監(jiān)測結(jié)果反饋給上級(jí)部門,上級(jí)部門結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)果直接審批,從而能夠及時(shí)快捷地開展蓄水位調(diào)整,并且系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要高于監(jiān)測人員通過監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù),在蓄水位調(diào)整的準(zhǔn)確性方面更占優(yōu)勢(shì),可實(shí)現(xiàn)蓄水位的合理調(diào)整。

5.實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的分析與決策

通過水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算后,便需要對(duì)計(jì)算結(jié)果展開分析工作,分析內(nèi)容主要是將計(jì)算結(jié)果與其數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,了解兩者之間存在的差異,找出兩者差異出現(xiàn)的原因,原因分析后便可結(jié)合分析結(jié)果作出相應(yīng)的決策,從而保證決策的科學(xué)性與合理性。在這一過程中,若要保證決策的科學(xué)合理性,必須保證該管理系統(tǒng)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確無誤,并及時(shí)匯入到數(shù)據(jù)庫之中,避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失,為計(jì)算結(jié)果分析以及決策制定提供有力依據(jù)。

四、結(jié)語

綜上,東莞的經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開水資源的合理利用,本文通過對(duì)江庫聯(lián)網(wǎng)工程建設(shè)中采用水文與水質(zhì)管理系統(tǒng),可對(duì)該地區(qū)水利工程的險(xiǎn)情預(yù)警、決策管理、信息采集整理以及經(jīng)濟(jì)效益分析等多個(gè)方面進(jìn)行有效應(yīng)用,通過研究表明,水文與水質(zhì)管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化管理,利于水利工程建設(shè)的有效開展,通過該系統(tǒng)的應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、信息化、科學(xué)化水利工程管理,能夠推動(dòng)水利工程的建設(shè)和發(fā)展。

作者:段守榮 單位:東莞市水務(wù)集團(tuán)