信息化技术在河道工程管理中的应用

2023-12-19葛本齐

科技创新与应用 2023年34期

葛本齐

（凤台淮河河道管理局，安徽淮南 232100）

河道堤防与涵闸工程管理是河道工程管理的重要组成部分，直接关系到社会经济发展及人民生命财产安全。随着气候变迁、人口增长和城市化进程的不断发展，河道堤防与涵闸工程管理变得愈加复杂和关键。信息化技术作为现代社会的关键支持系统，已经成为提高河道堤防与涵闸工程管理效率、安全性和可持续性的有力工具。

1 概述

1.1 河道堤防与涵闸工程管理的重要性

河道堤防与涵闸工程的管理在水资源管理和防洪工程中具有至关重要的作用，这些基础设施不仅直接关系到人的生命安全，还对农田灌溉、城市供水和生态环境的可持续发展产生深远影响。河道堤防的作用在于防止洪水泛滥，保护周边地区不受洪水侵害。涵闸则用于调控水流，确保水资源的合理分配，影响着农田灌溉和城市供水。若管理不善或发生故障，这些基础设施可能导致洪灾和水资源短缺，对社会经济和人民生计带来严重威胁。此外，河道堤防与涵闸工程管理在面对气候变化和自然灾害时变得尤为关键。气候变化引发了更频繁和严重的洪水和干旱事件，需要更加灵活的管理策略。能够及时预测和应对这些风险是至关重要的，以减少潜在的损失。

1.2 信息化技术概述

信息化技术，又被称为信息技术（Information Technology，IT），是一个综合性领域，包括计算机科学、通信技术、数据库管理和网络技术等。这一领域的快速发展在各个领域都得到了广泛的应用，为河道堤防与涵闸工程管理提供了有力的支持。信息化技术使管理者能够更有效地采集、处理、存储和分析数据，从而更好地管理和保护相关的水利基础设施。

在河道堤防与涵闸工程管理中，信息化技术的应用具有多重益处。计算机科学的进展使得大规模数据的处理变得更加高效。管理者可以使用计算机程序和算法来分析历史数据，预测可能的问题，以及制定更好的维护计划。这有助于提前发现潜在的风险，减少潜在的损失。通信技术和网络技术使得数据的实时传输和远程监控成为可能。管理者可以通过网络监测涵闸和堤防的状态，及时采取行动，以应对紧急情况。这有助于减少灾害风险，提高基础设施的可靠性。数据库管理技术允许管理者有效地存储和检索重要的工程数据。这些数据包括设计文件、维修记录、地理信息等，对于决策制定和工程管理至关重要。信息化技术确保这些数据的安全性和可靠性。

1.3 信息化技术优化河道防洪工程的必要性

河道堤防与涵闸工程管理领域存在一系列问题，其中信息化技术的应用迫切需要解决并优化。传统的河道堤防和涵闸工程管理依赖于手动数据采集和分析，这可能导致延迟和错误。信息化技术可以提供实时监测、数据分析和汇报，提高了管理的精确性和时效性。洪水风险与气候变化增加，需要更精确的预测和预警系统。信息化技术可以利用先进的模型和算法，基于历史数据和气象预测，提供更准确的洪水预测，帮助及早采取防洪措施，保护人民生命财产。此外，此类工程通常涉及大规模的基础设施，而信息化技术可以提供更好的资产管理和维护。通过监控设备状态、预测维护需求，可以减少设备故障风险，延长寿命，并降低运维成本。

2 信息化技术在河道堤防管理中的应用

2.1 数据采集与监测系统

在河道堤防与涵闸工程管理中，数据采集与监测系统是关键的组成部分。信息化技术的应用在这个领域具有深远的影响，因为其提供了实时和准确的数据，有助于及早发现问题、提前采取措施，以及有效地管理和维护河道堤防和涵闸。传感器网络是数据采集的主要工具之一。通过在河道堤防和涵闸上部署各种传感器，如位移传感器、压力传感器、温度传感器和湿度传感器，管理者能够实时监测结构的状态。这些传感器可连续测量堤防的变形、涵闸的水位、土壤渗透性和气象条件，将数据传输到中央数据库，供管理者随时查看和分析。传感器网络的建立不仅实现了全天候的监测，还减少了对人为巡视的依赖，提高了数据的精确性。

此外，卫星遥感技术也为河道堤防和涵闸的监测提供了重要的数据来源。通过卫星传感器，可以获得高分辨率的影像，帮助监测河道堤防周边的地形和水位。遥感数据不仅能够提供有关河流变化和水位上升的信息，还有助于分析周边地区的洪水风险，从而提前采取必要的预防措施。地理信息系统（GIS）在整合和分析河道堤防和涵闸数据方面发挥了关键作用。通过GIS 技术，管理者可以将不同来源的数据集成到一个统一的平台，以创建详细的地图和空间信息。这有助于精确定位潜在风险区域，进行风险评估，以及规划和优化管理策略。管理者可以根据地理数据快速识别潜在问题的位置，从而更好地分配资源和优化维护计划。

2.2 预警系统

在河道堤防与涵闸工程管理中，预警系统是一项至关重要的信息化技术应用，其作用在于及时警示和采取必要的措施以应对潜在的风险和危险情况。这一系统结合了实时监测数据和智能决策支持，以确保管理者和相关利益相关方能够快速做出反应，降低风险和损失。预警系统的核心组成部分之一是实时监测数据。传感器网络、卫星遥感和GIS 系统收集到的数据在这里发挥了关键作用。这些数据提供了有关堤防和涵闸的状态、气象条件、水位变化等重要信息。当任何异常情况发生时，如地质变形、洪水或气象恶化，系统能够立刻识别并记录这些事件。

基于数据的分析和算法用于实时监测数据的处理。这些算法通过比对实际监测数据与历史数据，以检测出任何潜在的异常。一旦异常被识别，预警系统会自动触发警报，同时也提供相关数据用于进一步分析。自动化的过程帮助管理者节省了宝贵的时间，减少了人为误差。另外，预警系统不仅提供警报，还提供智能决策支持。管理者可以根据系统提供的信息制定决策，包括紧急疏散、关闭涵闸、采取维修措施等。即时反应有助于减少风险，最大程度地保护生命和财产。预警系统也有助于制定预防措施。通过分析历史数据，系统可以帮助管理者预测可能发生的问题，从而制定长期的预防策略。预防性的管理方法有助于降低潜在风险，确保河道堤防和涵闸的长期可持续性。

2.3 维护与修复计划

信息化技术在河道堤防与涵闸工程管理中的维护与修复计划方面扮演了至关重要的角色。这一领域的应用旨在确保水资源基础设施的可持续性，延长其寿命，以及有效应对紧急维修需求。数据分析和预测是信息化技术在维护计划制定中的关键因素。管理者可以利用历史监测数据和实时数据来分析堤防和涵闸工程的性能，识别潜在问题并预测未来的维护需求。数据驱动的方法使管理者能够制定更具针对性的维护策略，避免不必要的停工和资源浪费。例如，如果数据分析显示某一区域的堤防出现了持续性的变形趋势，管理者可以提前制定维护计划，以加固该区域并避免可能的灾害。

此外，信息化技术还有助于维护计划的执行。一旦维护需求被确定，系统可以自动生成维修工作订单，分配工程师和资源，并跟踪维修进展。这提高了工作的透明度，减少了人为错误，提高了效率。维修计划的自动化还有助于保持维修的及时性，以减少停工时间和潜在的损失。信息化技术在紧急维修时也发挥着关键作用。如果在实时监测中发现了紧急问题，系统可以自动触发警报，通知相关人员，并提供关于问题的详细信息。管理者可以快速定位问题区域，分配维修人员和资源，并采取迅速的行动，以减轻潜在的风险。紧急维修计划的快速响应有助于最小化潜在的损失，维护基础设施的可靠性。

3 信息化技术在涵闸工程管理中的应用

3.1 远程监控与操作

在现代河道涵闸工程管理中，信息化技术的应用已经引领了远程监控与操作的潮流，为水资源管理者提供了前所未有的便捷性和灵活性。远程监控与操作系统是一种全新的方式，允许管理者实时追踪、监测和操作涵闸，以满足不断变化的水资源管理需求。远程监控系统利用先进的传感器网络来实时监测涵闸工程状态。这些传感器可以测量多个参数，如涵闸工程的开度、水位、流量和水质。通过传感器网络，管理者可以在远程位置访问实时数据，无须亲临现场，从而节省了时间和资源。远程监控的实时性有助于及时了解涵闸工程运行状况，减少了潜在风险的不确定性。自动控制系统允许管理者通过远程方式操作涵闸。操作方式为管理者提供了灵活性，可以根据不同的水资源管理需求来调整闸门的开度，以确保水位维持在安全范围内。例如，在干旱季节，管理者可以适当降低闸门开度以减少水流，而在洪水来临时，可以迅速增加开度以释放过多的水流。灵活性有助于更好地应对不同的水文情况，保护城市和农田免受洪水或干旱的影响。

此外，远程监控与操作系统还允许管理者进行远程故障检测。如果涵闸工程出现问题，系统可以自动检测异常并触发警报。管理者可以立即获得有关问题的信息，并采取相应的行动。快速响应能够减少停工时间，最小化损失，确保涵闸工程的可靠性。远程监控与操作系统具有数据存储和分析功能。管理者可以访问历史数据，进行数据分析以了解涵闸工程性能的趋势，提前预测潜在问题，从而制定长期的维护和改进策略。这有助于延长涵闸工程的使用寿命，提高其可持续性。

3.2 故障检测与维修计划

信息化技术在涵闸工程管理中的另一个重要应用领域是故障检测与维修计划。这一领域的创新和发展使管理者能够更好地预防和应对涵闸工程可能出现的问题，从而提高了水资源基础设施的可靠性和可持续性。自动监测系统是故障检测的核心。通过在涵闸中部署各种传感器，如压力传感器、流量传感器、温度传感器等，系统能够实时监测涵闸工程的状态和性能。这些传感器不断收集数据，以追踪涵闸的运行情况。一旦系统检测到涵闸的异常行为，如压力变化、流量波动或水位异常，其将自动触发警报，并生成详细的故障报告。故障报告是管理者识别问题和定位问题的重要工具。这些报告包含了有关故障的详细信息，包括故障的性质、位置和持续时间。这使管理者能够更快速地了解问题，并采取必要的措施。例如，如果故障报告显示某个涵闸工程部件出现问题，管理者可以立即定位该部件，并决定是否需要紧急维修。

另外，信息化技术还支持维修计划的制定。一旦故障被识别，系统可以生成详细的维修工作订单，其中包括维修的具体内容、所需资源和工程师的分配情况等关键信息。细致的计划可以帮助管理者高效组织维修工作，减少停工时间，最小化损失。信息化技术使得维修计划的制定更加精确和实时。一旦系统检测到故障或异常情况，可以立即生成维修工作订单，详细描述了需要采取的措施。这包括所需的零部件、工具和人力资源。管理者可以根据维修的紧急性和重要性来分配资源，确保最紧急的问题得到最快速的解决。实时反应能力对于防止故障扩大和减少停工时间至关重要，有助于最大程度地保障设施的运行。信息化技术提供了维修进展的实时跟踪。一旦维修工作开始，系统可以监控工程师的活动，记录维修的进展，并及时通知利益相关方。实时跟踪有助于确保维修工作按计划进行，减少了未经授权的停工和时间浪费。管理者可以随时查看维修工作的状态，了解工程师是否按时完成任务，以及是否需要额外的支持或资源。透明性和实时性有助于提高维修工作的效率和质量。

3.3 数据分析和预测

在现代涵闸工程管理中，数据分析和预测是信息化技术的关键应用之一。通过收集历史数据和实时监测数据，管理者可以利用数据分析工具来预测涵闸工程的性能和维护需求，从而降低维护成本，提高涵闸工程的可靠性和安全性。历史数据的收集和分析为管理者提供了深入了解涵闸工程性能和工作状况的视角。通过对历史数据进行分析，可以识别出涵闸在不同工作条件下的表现模式和变化趋势。分析不仅可以揭示涵闸的潜在问题，而且还有助于制定更加精准的维护计划和预防措施。例如，通过对历史数据的分析，管理者可以确定涵闸工程在某些特定环境条件下容易出现的故障模式，并相应地采取预防性维护措施，以降低潜在故障的发生率。

此外，实时监测数据的收集和分析使得管理者能够及时了解涵闸工程的当前工作状态，并在必要时立即采取措施。通过现代的传感器技术和远程监控系统，管理者可以实时获取涵闸工程的关键参数，如水位、流量、压力和温度等，从而准确评估涵闸工程的工作情况。利用数据分析工具，管理者可以对这些实时数据与历史数据进行比较和分析，快速识别出任何异常或潜在的故障迹象，以便及时进行修复和调整。此外，实时监测数据的分析还可以帮助管理者对涵闸工程的工作性能进行实时评估，从而及时调整涵闸工程的运行参数，保证其始终处于最佳工作状态。利用数据分析工具进行涵闸工程维护需求的预测和规划可以提高管理效率和降低维护成本。通过对数据进行深入分析，管理者可以预测涵闸工程未来可能出现的维护需求和故障风险，并据此制定合理的维护计划和预防措施。预测性维护模式可以使管理者在维护过程中更加高效地分配资源和时间，并避免因突发故障导致的生产中断和额外的修复成本。此外，数据分析还可以为涵闸工程的升级和改进提供有力的支持，通过分析涵闸工程的历史性能和运行状况，为涵闸工程的优化设计和改良提供科学依据，从而提高其整体性能和可靠性。

4 未来发展趋势

未来，信息化技术将继续在河道堤防与涵闸工程管理中发挥关键作用，促进更智能、高效、可持续的水利管理。AI 和机器学习将在河道堤防与涵闸工程管理中发挥更大的作用。这些技术可以分析大规模的数据，预测涵闸工程与堤防工程的性能，以及发现异常情况。例如，AI 可以用于自动识别潜在的问题，如裂缝或渗漏，从而提前采取维护措施，降低维护成本，提高可靠性和安全性。5G 技术和物联网将提供更快速、可靠的数据传输，使远程监控和操作变得更加实时和可靠。涵闸和堤防设备可以通过互联网连接，管理者可以实时监测数据、执行控制操作，响应突发事件，提高管理的反应速度。

此外，区块链技术可以用于建立安全的数据存储和共享平台，确保数据的完整性和可信度。这对于管理涵闸和堤防的重要数据非常关键，以防止数据篡改或不当访问。区块链技术可以创建可追溯的数据记录，为各利益相关方提供透明度和信任。高分辨率遥感技术将提供更详细的地理信息数据，有助于更精确地监测和管理河道堤防与涵闸工程。卫星和空中无人机将能够捕捉更多关于地形、水流和环境的数据，从而帮助管理者更好地理解潜在风险，规划维护和改进项目。