雪野湖智慧流域建设构想

吴修涛

（莱芜市雪野水库管理处，山东 莱芜 271115）

雪野湖智慧流域建设构想

吴修涛

（莱芜市雪野水库管理处，山东 莱芜 271115）

介绍了雪野湖智慧流域建设的主要构想，分析了各智能监控平台的组成与作用，为类似流域信息化建设提供借鉴。

雪野湖；智慧流域；信息资源；水资源

雪野湖流域位于山东省莱芜市北部，流域面积为444 km2。北与济南接壤，东与淄博交界，西与泰安为邻。流域内有通天河、嬴汶河两条主要河流。

1　智慧流域建设的主要内容

1.1智慧网络平台的组成

雪野湖智慧流域网络平台建设以专业应用与决策支持为目标，主要由以下几部分组成。1）感知层作为智慧流域的神经末梢，包括各类监测设备、工控设备、传感器节点、移动设备等。通过这些设备能够实时获取降雨蒸发、地表径流、取水、输水、水质等信息。这些信息的快速获取，在智慧流域建设中具有基础性地位。2）传输层通过互联网、局域网、移动通信网等基础传输网络实现信息资源的高效共享和交换，针对互联网、业务专网等不同范围网络还需要提供相应的隔离措施与安全保障。3）数据层完成对感知层来源数据、基础数据、综合业务数据及其他平台涉及数据的汇集、共建共享与更新维护，为上层业务集成与应用提供完整的数据分析依据。4）智能分析层和智能应用层是智慧流域的核心部分，智能分析层将数据挖掘、数学模型及专家库知识体系与业务应用相结合，在智能应用层中对水利专业工作中各类事务特征和变化规律进行抽象描述和规律研究，用系统功能满足业务管理对智慧的需求，同时承载智慧流域系统中各类资源、目录与存储发布信息，为各相关用户提供流域管理公共资源。

1.2建立全生命周期监测监控平台

监测监控平台能够实时接收水质、水位、水量、流量等自动检测数据，对接收的地表湿地、河流、水渠等各类信息进行分类、处理并动态传输到监测中心数据库中。系统平台具有如下特性：1）能进行24 h连续在线监测、数据接收、监控、信息查询服务；2）每日监测次数和自报次数可以本地设置及远程设置，监测采用定时自报和召测工作方式；3）能通过无线、有线、网络等方式获取自动监测站采集的监测信息和测站测量参数、设备运行状态信息；4）具有现地、远程软件下载、参数配置功能；5）具有设备故障、异常，试剂液位超限，监测数据超限自动报警功能；6）能根据实时采集的流速、水位和水位-面积关系，计算断面流量；7）数据接收系统控制软件具有扩展功能。

1.3雪野湖智慧流域建设的主要成果

1）建立起全方位的水量、水质自动监测站，使流域防洪、排涝、供水、用水、节水、污水处理及回用全方位、全过程监控，并通过遥感、遥测和传感器自动采集、云台摄像、数据接口自动获取等高效、准确、安全、节能的采集手段，完成全生命周期水资源监控。

2）在建立全生命周期水资源监控的基础上，实现流域内水资源配置和高效利用，尤其是对流域内水循环网络实现自动化监控，提高流域内外的洪水安全预测，实现雨洪资源的最大化利用。

3）对流域内的水质实现全方位的监控，并对突发的水污染事件提供预警与应急决策支持。

4）建立数字化的信息服务平台，对流域内外的用户提供实时的水利信息服务，提高雪野湖流域的水利信息化服务水平。

2　智慧化水资源配置与调度建设

基于水资源规划成果，建立一个能反映雪野湖流域范围内各组成部分实际情况的水资源数学模型，进行区域内水资源系统模拟、供需平衡分析和多个水利工程联合优化调度，对水资源配置和高效利用规划提供设计方案评估和技术支持。

1）水循环网络监控。系统结合水资源模型，对规划水循环网络进行监控，对未来不同水文条件下的流域水资源变化进行实施分析、统筹安排与科学分配。

2）水资源优化配置。结合规划水网及各小流域水量监测站，按照不同的水资源需求，优化并进行方案设计，在区域分配协调、用水效益等复杂关系中辅助制定水资源优化配置方案，为选择最佳开发利用方式提供建议。

3）供需平衡分析。系统通过友好的方案化管理界面，对不同频率典型年、不同分区、不同时段的水资源供需关系进行动态模拟，以定制化的统计图表、地图标注等方式显示并输出水资源均衡动态变化分析评价结果。

4）应急调水模拟。基于流域内水循环网络的建设，对调度指令下达、反馈及调水影响进行模拟演练，研究不同水文条件下不同调水措施能否满足调度方案的预期需求，为最优调水措施的选择提供决策支持。

5）流域内小水库（群）运行模拟与优化调度。通过对流域内小水库群系统进行监控，满足小流域内灌溉和生态用水需求。

6）防洪减灾预警。基于数学模型对雪野湖水动力条件进行全面分析，评估区域内河流的水位，模拟雨洪风险，并对汛期进行预警，及时发布预警信息并提供决策支持信息。

3　突发水环境事故预警与应急响应

在雪野湖流域发生突发水环境事故时，系统能够快速进行模拟分析，预测事故演变规律和影响范围，根据其等级及危害程度并通过多种手段联合发布相关的预警信息。

1）污染物位置确定及路径模拟。在系统界面中设定污染事件的详细信息，指定污染事件数量，每个事件包括几种污染物组分，对于每个污染事件，能指定事件的名称、位置、污染事件的开始和结束时间、流量。通过和GIS地图的交互，事件发生的位置能够被识别并记录下来，同时在地图上预测并模拟污染物的传播路径和传播时间点，为制定各类突发应急事件的应急预案和防控措施提供决策支持信息。

2）水环境污染事故模拟。用户新建突发事故并进行模拟分析之后，如果需要制定相应的响应方案，可启动预案研究，根据事故方案派生出研究方案，允许用户设置一个或者多个条件以查看采取不同措施之后对污染事故的影响。应对方案研究模块用于辅助用户制定污染事件的应急反应计划。通过有效的比较这些方案，能够辅助用户选取更合适的措施来降低事件的影响。

3）小流域监测。由雪野水库管理处和市水土保持监测站共同承担小流域的监测工作。监测方法主要参照《水环境监测规范》（SL219-98）和《水土保持监测技术规程》（SL277-2002）。

4　信息共享与公众感知

以数据中心和智能应用成果为基础，智慧流域信息共享平台采用面向服务的体系架构（Service-Oriented Architecture，SOA），提供丰富的基于流域水利信息数据管理的综合服务资源。

信息共享平台结合GIS、通信网络与信息发布技术，将业务数据信息、智能决策信息与空间数据信息叠加起来，可以实现不同部门、不同业务领域之间的集成，保证来自不同部门的人员可以方便地获取其它业务系统数据，最大程度的利用现有与新生资源。公众感知信息发布平台采用B/S（浏览器/服务器）和M/S（移动端/服务器）分布式系统架构，提供各类监测监控数据、预测预警模拟数据、决策支持分析信息的审核、发布和监管功能，能够同时将监测和预警数据向各级领导、相关人员、企业及社会公众进行有针对性的提供，可以在雪野湖流域内实现信息定制服务。

（责任编辑 赵其芬）

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1009-6159（2016）-04-0023-02

2015-11-10

吴修涛（1974—），男，高级工程师