簡析信息化技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用

張冬 趙彥龍

黃河水利委員會山東水文水資源局 山東 濟南 250100

1 水文水資源的項目建設(shè)特點

與其他建設(shè)項目相比，水文水資源項目建設(shè)比較特殊，它具站點多、線路長、交通不便的特點。項目施工現(xiàn)場不集中，施工條件差。如果交通受阻，專業(yè)設(shè)備無法進入施工現(xiàn)場。此外，由于社會化程度不高，許多項目不得不自己建造。水文水資源位于復雜的環(huán)境中，通常沿河流分布，范圍很廣，包括左右岸、上游和下游，以及北部和西部。水文水資源建設(shè)項目主要有水文站、水質(zhì)站、消耗站、水環(huán)境監(jiān)測中心等，但每個項目的規(guī)模都不大。

2 水文水資源信息化系統(tǒng)應(yīng)具有的基本功能

2.1 數(shù)據(jù)采集功能

水文水資源數(shù)據(jù)的收集必須準確，為了實現(xiàn)這一目標，水文水資源通常有兩種數(shù)據(jù)采集模型:一種是使用現(xiàn)代儀器直接訪問數(shù)據(jù)，另一種是數(shù)據(jù)矢量化。目前，我國各級水文部門普遍采用第一種方法獲取基本水文數(shù)據(jù)，例如，各省采用遙感和全球定位系統(tǒng)技術(shù)，獲得的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸功能

水文水資源有大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，相關(guān)的現(xiàn)代傳輸裝置必須滿足傳輸精度和速度的要求。我國主要是利用水文水資源信息數(shù)據(jù)庫平臺和3G傳輸通道，建立國家水文信息網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫，使各省能夠共享水文水資源數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)國家和各省之間水文水資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

2.3 數(shù)據(jù)的存儲及處理功能

水文水資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)非常多，種類也不盡相同。傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計計算和數(shù)據(jù)存儲方法難以處理數(shù)據(jù)，已經(jīng)不能滿足社會發(fā)展的要求。各級水文部門充分利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，實現(xiàn)無紙化存儲處理。計算機數(shù)據(jù)庫通常用于創(chuàng)建專門的存儲設(shè)備，進行數(shù)據(jù)備份。同時，數(shù)據(jù)在固定的時間和地點傳輸和存儲，利用計算機強大的計算和顯示功能自動計算和處理，生成各種監(jiān)控表，大大減少了技術(shù)人員的工作量[1]。

2.4 存儲的決策支持功能

所有工作都是根據(jù)基本水文水資源數(shù)據(jù)進行的，一旦收到水文水資源數(shù)據(jù)，工作人員將使用計算機信息系統(tǒng)處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過計算和分析功能，并以清晰的書面方式向上級決策者提供結(jié)果，管理人員進行分析和研究，找到合理可行的實施方案。

3 水文水資源技術(shù)在我國發(fā)展的現(xiàn)狀

3.1 水文水資源技術(shù)的預測預報技術(shù)

目前，水文水資源技術(shù)通過預測技術(shù)大大提高了社會對旱澇災(zāi)害的抵御能力，水文水資源技術(shù)在減少災(zāi)害風險方面發(fā)揮了前所未有的作用。氣象控制、氣象雷達技術(shù)和分布式水文模型相結(jié)合的方法被用來提高預測的準確性[2]。

3.2 水文水資源技術(shù)的監(jiān)測技術(shù)

水文水資源監(jiān)測技術(shù)是一種新的、高靈敏度的水文信息監(jiān)測、遠程傳輸、采集、數(shù)據(jù)管理、處理和分析技術(shù)，是一種自動監(jiān)測地下水位溫度及河流、海水質(zhì)量紅線的技術(shù)和設(shè)備。

3.3 水資源的配置與調(diào)度技術(shù)

水文水資源配置與調(diào)度技術(shù)是一種基于總量控制的工藝系統(tǒng)，從水利工程統(tǒng)一配置，實現(xiàn)跨越流域的多個水源的統(tǒng)一配置和調(diào)度。

3.4 水生態(tài)環(huán)境改良與水環(huán)境治理技術(shù)

水生態(tài)環(huán)境改良與水環(huán)境治理技術(shù)可以有效減輕污染，提高水體的自凈率，從而改善和提高生態(tài)環(huán)境。在宏觀層面，水環(huán)境改善和水環(huán)境管理的方法包括地表植物富營養(yǎng)化、城市河網(wǎng)多功能疏浚技術(shù)、大規(guī)模廢水處理技術(shù)、高營養(yǎng)生物處理等方法。

4 水文水資源領(lǐng)域技術(shù)的推廣

基于以上水文水資源的進步，現(xiàn)代社會的發(fā)展對水文水能源技術(shù)更新提出了新的要求。通過各種研究，總結(jié)了我國水文水資源技術(shù)的發(fā)展和實際應(yīng)用。

4.1 水文水資源領(lǐng)域信息的監(jiān)測及傳輸技術(shù)的推廣

在我國，水環(huán)境監(jiān)測與監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸成熟，在應(yīng)用中靈敏度高，操作簡便。在洪澇、澇災(zāi)等緊急情況下，可以通過技術(shù)監(jiān)測及時預防洪澇災(zāi)害，符合我國經(jīng)濟社會發(fā)展的防洪要求。關(guān)鍵輔助技術(shù)包括水環(huán)境監(jiān)測和遙感技術(shù)、水質(zhì)信息的及時收集、水環(huán)境的遠程監(jiān)測、關(guān)鍵的數(shù)據(jù)分析方法。同時，水文水資源技術(shù)還包括地下水水位和溫度自動監(jiān)測、河流和湖泊水質(zhì)自動在線監(jiān)測、基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的大規(guī)模土壤監(jiān)測等先進技術(shù)。

4.2 水文水資源領(lǐng)域技術(shù)在現(xiàn)代水文預測預報技術(shù)上的推廣

由于現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，水文預報技術(shù)已在全國得到應(yīng)用，其核心是延長水文預報預警預報期，提高預報精度，預防重大自然災(zāi)害。因此，有必要加強水文和水資源預測和預警技術(shù)的開發(fā)、研究，并在水文預測層面加強準確預測的作用，提高抗旱能力，改變水環(huán)境[3]。

4.3 水文水資源領(lǐng)域技術(shù)的配置和調(diào)控監(jiān)督中推廣

水文水資源技術(shù)的關(guān)鍵是加強水質(zhì)監(jiān)測，預防洪水和自然災(zāi)害，并對流域水資源進行協(xié)調(diào)管理和監(jiān)測，以達到供水的目的。水文水資源技術(shù)推廣應(yīng)建立和完善充分適應(yīng)水資源監(jiān)測系統(tǒng)，并采用從一個水利工程到集水區(qū)或多成分水源的統(tǒng)一規(guī)劃技術(shù)

5 水文水資源信息化建設(shè)的優(yōu)化措施

5.1 明確水文水資源信息化建設(shè)的基本組成

在目前水文水資源管理信息化建設(shè)的具體實踐中，各種信息系統(tǒng)相繼開發(fā)。為了提高水文水資源信息保障效率，水文水資源部必須對信息化建設(shè)的主要組成部分有清晰明確的認識。水文水資源管理部門可以合理利用信息技術(shù)，有效提高水文水資源管理效率，降低人為因素對水文水資源的負面影響，促進水文水資源的可持續(xù)發(fā)展。

5.2 構(gòu)建完善的信息采集系統(tǒng)

確保信息收集的準確性和完整性，是妥善開展水資源管理和合理利用的重要基礎(chǔ)。有鑒于此，水文水利部應(yīng)在信息化建設(shè)的具體實踐中，根據(jù)實際情況和具體需要，建立全面的信息采集系統(tǒng)，并全面實施相關(guān)信息采集。在此過程中，水文水信息采集系統(tǒng)應(yīng)充分控制其管轄范圍內(nèi)的主要渠道和水位，拓寬信息采集渠道，將現(xiàn)代技術(shù)成果引入信息采集系統(tǒng)，進一步促進信息的高效準確采集。此外，水文水資源管理部可以建立一個全面的地理信息系統(tǒng)，以明確顯示水文水資源管理方面的問題情況，并為有效實施水文水資源管理奠定堅實的基礎(chǔ)。

5.3 構(gòu)建完善的計算機網(wǎng)絡(luò)平臺

水文水資源部結(jié)合當前信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，建立計算機系統(tǒng)，進一步加強信息和數(shù)據(jù)的共享。與此同時，水文水利部要積極實施虛擬仿真系統(tǒng)，以有效提高信息處理和分析工作的質(zhì)量和效率，并通過統(tǒng)一的標準有效地存儲信息。

5.4 建立水質(zhì)與旱情監(jiān)測系統(tǒng)

通過全面監(jiān)測灌溉區(qū)剖面結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)全面了解水質(zhì)的主要目標。因此，水文水資源管理部門可以在現(xiàn)有水文系統(tǒng)內(nèi)建立科學的數(shù)據(jù)庫，通過水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)進行水污染情況下的數(shù)據(jù)建模，在準確記錄水質(zhì)當前變化和預測水質(zhì)后續(xù)狀況的基礎(chǔ)上，采取有效措施，進一步減少水污染的負面影響。同時，根據(jù)土壤和溫度的變化，通過干旱監(jiān)測系統(tǒng)全面分析相關(guān)信息，預測未來趨勢，合理評估下一期是否會發(fā)生干旱，干旱的具體位置可以通過各種現(xiàn)代跟蹤系統(tǒng)來確定。

5.5 強化對現(xiàn)有資金的合理運用

首先，水文水資源部門可以自行開發(fā)管理軟件系統(tǒng)，也可以使用一些成功測試的管理軟件系統(tǒng)，確保水文水資源信息的順利發(fā)展，有效降低人力資本成本。其次，建立健全激勵和評級制度，有效激發(fā)員工參與各類工作的積極性，有效提高員工在各類工作中的責任感，在員工內(nèi)部營造積極的競爭氛圍，充分發(fā)揮員工的真實價值。最后，必須建立健全資金管理制度，明確各種資金的使用方式，堅決杜絕資金的濫用、誤用，確保資金的實際使用。此外，政府部門還應(yīng)根據(jù)當前社會發(fā)展形勢，提高水文水資源信息化建設(shè)的重要性，并認真加大對水文水資源建設(shè)的財政投入，為其有序運行提供有力保障。

5.6 積極探索數(shù)據(jù)共享渠道

首先，水文水資源部可以通過在信息生成過程中與氣象部門溝通和合作，共享降水預測和水資源動態(tài)變化等信息。其次，水文水利部可通過與交通部的合作和交流，在信息化建設(shè)過程中交流地質(zhì)災(zāi)害信息和其他相關(guān)信息。最后，水文水資源部可以通過在信息化建設(shè)過程中與農(nóng)業(yè)部的協(xié)作與合作，共享河流資源、旱澇預測及其他相關(guān)信息。水文水利部通過有效整合信息的各個方面，建立一個相對完整的信息數(shù)據(jù)庫，以充分利用來自不同地區(qū)的觀測數(shù)據(jù)，并進一步提高其實用價值。

5.7 切實加大人才培養(yǎng)力度

人才是水文水資源管理的基礎(chǔ)，員工的專業(yè)精神和整體素質(zhì)直接決定水文水資源工作的質(zhì)量和效率。在水文水資源信息化建設(shè)過程中，對人員的專業(yè)水平和整體素質(zhì)提出了更高的要求，水文水利部應(yīng)特別重視培訓，進一步促進水文水資源信息化管理的有效發(fā)展，并最大限度地發(fā)揮信息技術(shù)在水文水資源管理方面的優(yōu)勢。在此過程中，水文水資源部門應(yīng)：一是為現(xiàn)有員工提供良好的培訓渠道，并制定長期有效的培訓方案，有效豐富員工的專業(yè)知識儲備，有效提高員工的專業(yè)技能，進一步提高員工的專業(yè)水平和整體素質(zhì)；二是不斷完善招聘機制，有效優(yōu)化招聘流程和標準，全面研究招聘過程中候選人的專業(yè)水平和整體素質(zhì)，水文水利部可以為他們提供更具競爭力的工資和福利水平，從而為水文水資源信息化建設(shè)注入新的動力和活力。

5.8 優(yōu)化信息化系統(tǒng)

為了提高水文水資源信息系統(tǒng)的水平，發(fā)揮水文水資源信息監(jiān)測功能，信息系統(tǒng)要根據(jù)河流水文情報管理信息結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及其不足進行優(yōu)化，需要政策和問題綜合來源信息管理系統(tǒng)，使用戶能夠共享服務(wù)。

1、明確界定信息化建設(shè)的構(gòu)成。水文水資源信息化系統(tǒng)的應(yīng)用可以自動啟動分水樞紐，提高水資源管理效率，促進水資源開發(fā)。

圖1 水文水資源信息系統(tǒng)架構(gòu)

2、優(yōu)化信息采集和傳輸系統(tǒng)。收集準確的數(shù)據(jù)對于水文水資源管理至關(guān)重要，因此，在實踐中，必須及時收集數(shù)據(jù)信息，收集設(shè)備和器材信息，優(yōu)化信息采集系統(tǒng)?，F(xiàn)代水文水資源數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)是在現(xiàn)有基層測量站的基礎(chǔ)上建立起來的，在不到30分鐘的時間內(nèi)傳送更可靠的管理信息。建立一個基于計算機和互聯(lián)網(wǎng)的水文水資源數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)當?shù)厮乃Y源信息的共享，確保信息的可靠性和及時性，發(fā)揮水資源管理、水資源監(jiān)測和水質(zhì)監(jiān)測的作用。

3、水質(zhì)和干旱檢測系統(tǒng)的優(yōu)化。在灌區(qū)建立水文水資源管理信息系統(tǒng)時，應(yīng)建立專項監(jiān)測設(shè)施，對本地區(qū)水質(zhì)進行實時監(jiān)測。如果在水文水資源管理地區(qū)的監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)干旱，可以使用追蹤系統(tǒng)來識別特定的干旱地區(qū)，并采取及時有效的干旱預防和控制措施，以減少損失。

4、優(yōu)化基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)和信息開發(fā)應(yīng)用。一方面，通過優(yōu)化基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)水資源綜合監(jiān)測站運行中的水資源信息網(wǎng)絡(luò)要求，結(jié)合水文報表建設(shè)，建立和完善水資源和干旱信息網(wǎng)絡(luò)，加強核心網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的處理。另一方面，優(yōu)化水資源數(shù)學模型和水質(zhì)數(shù)學模型，整合LMS系統(tǒng)、水質(zhì)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和水文測量信息系統(tǒng)，通過虛擬化技術(shù)優(yōu)化服務(wù)器，實施綜合系統(tǒng)應(yīng)用。

6 某水文水資源信息化建設(shè)實施研究

6.1 數(shù)據(jù)采集層建設(shè)

數(shù)據(jù)采集層的建設(shè)主要包括新建自動監(jiān)測站、手動數(shù)據(jù)輸入和手動監(jiān)測站上傳、網(wǎng)絡(luò)接入以及與嵌入式自動水況測量系統(tǒng)的信息交換。

1、自動監(jiān)測站建設(shè)方案。根據(jù)規(guī)劃站網(wǎng)絡(luò)進行合理選擇，提供自動采集、固定存儲和自動傳輸。雨量傳感器使用0.5毫米的精確雨量計，水位站提供自動采集、固定存儲和自動傳輸。同類型的自動監(jiān)測站是使用受控監(jiān)測和無人模式建造的，雨水站采用鋼結(jié)構(gòu)一體化的儀表柜安裝方式，水位站機房可采用磚混房，基礎(chǔ)設(shè)施包括水位監(jiān)測、排雷保護設(shè)備。2、人工觀測站。某水文站網(wǎng)絡(luò)主要基于人工觀測數(shù)據(jù)，一些網(wǎng)站有相關(guān)的信息共享，但資源滯后，數(shù)據(jù)不及時、不完整。因此，除了將觀測站升級為自動化監(jiān)測之外，還需要改進其他站的現(xiàn)有觀測設(shè)施，并配備便攜式終端報告軟件，實現(xiàn)手動數(shù)據(jù)顯示和加載及自動數(shù)據(jù)存儲功能。

6.2 數(shù)據(jù)匯聚層建設(shè)

數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負責接收、處理和存儲自動監(jiān)控的實時數(shù)據(jù)，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為接收和處理、分析和計算系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供硬件和軟件平臺。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括實時水文水資源數(shù)據(jù)庫、標準數(shù)據(jù)庫和性能數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)分析、查詢、管理、預測等功能。

1、數(shù)據(jù)匯集與整合。完成數(shù)據(jù)采集級監(jiān)測站的信息接收、處理、分類和實時數(shù)據(jù)記錄，由湄公河委員會自動水文系統(tǒng)傳輸。2、視頻會商系統(tǒng)的建立。視頻會商系統(tǒng)包括大屏幕系統(tǒng)、語音系統(tǒng)、會議解密系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)。主要提供數(shù)據(jù)中心以及資源和環(huán)境部之間的視頻會議，設(shè)計包括通信連接和硬件配置。

6.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用層建設(shè)

業(yè)務(wù)應(yīng)用負責根據(jù)某水文水自信信息化建設(shè)的實際需要和目標，配置相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)接收和處理系統(tǒng)、系統(tǒng)運行管理平臺、數(shù)據(jù)共享和傳播平臺，包括預警平臺和流域洪水預報系統(tǒng)。

7 結(jié)束語

加強水文水資源信息化建設(shè)是時代發(fā)展的必然趨勢之一，水文水資源管理部門要高度重視信息化建設(shè)，明確水文水資源信息化建設(shè)的基本組成，并建立完整的信息采集系統(tǒng)，建立水質(zhì)干旱監(jiān)測系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)平臺，加強現(xiàn)有資源的合理利用，積極探索數(shù)據(jù)共享渠道，做好人才培養(yǎng)，促進水文水資源信息化的進一步發(fā)展。