水文在水利工程管理中應用

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摘要：水資源是人類賴以生存的重要資源，若要實現水資源的充分利用，必須通過水利工程來實現，在水利工程建設中，水文與水質管理是其重要依據。隨著數字信息時代的發展，水文與水質管理工作也面臨著變革，采用水文與水質管理系統，對于水利工程的建設與發展具有重要意義。因此，本文以廣東省東莞市江庫聯網工程為例，首先從東莞市水資源以及水利工程開發的現狀著手，然后分析水文與水質管理系統在東莞市江庫聯網工程中發揮的作用，最后對水文與水質管理系統在東莞市水利工程中的實際應用進行探究。

關鍵詞：水文與水質管理系統；水利工程；水資源

水文與水質管理已成為當前水利工程建設的一項重要工作。水文水質管理系統主要可在現場勘查、數據資料收集、蓄水位以及死水位的確立等方面進行管理應用，通過該系統的應用，能夠為水利工程的建設與管維提供必要的依據[1]。廣東省東莞市的水資源豐富，是東深供水工程的水源地，若能應用現代化的管理系統加強該水文與水質管理，不僅關系到當地居民的生產生活用水安全，而且還深刻地影響到整個東深供水工程，對深港兩地的飲用水安全至關重要，所以水文與水質管理是一項極為重要的工作。本文以廣東省東莞市江庫聯網工程為例，對該地區水利工程中應用的水文與水質管理系統發揮的成效進行研究。

一、東莞市水資源以及水利工程開發的現狀分析

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，由于東江承擔著港深、惠州、河源以及東莞、廣州等發達地區的供水任務，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化配置的基礎上由省進行統一分配。但境內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%。人均占有境內水資源量為245m3/人。根據廣東省水資源及其開發利用評價，全省人均水資源量為2,627m3/人，東莞市人均占有境內水資源量僅為全省平均數的8.9%。可見，東莞市當地水資源極為貧乏。由于境內水體污染嚴重，部分地下水受到污染，根據監測資料，有超過半數的地下水受到污染，水質類別達到Ⅴ類。超標的項目有亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮、高錳酸鹽指數、硫酸鹽、PH值和總大腸菌群。境內主要河流石馬河、寒溪河、東引運河水體污染嚴重，水質全年基本都劣Ⅴ類由此可見，東莞市的水資源豐富，但水資源污染情況嚴重，用水安全存在極大隱患，針對該市水資源開展水文與水質管理工作極為必要。

2．水利工程開發現狀

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，現狀年供水能力39,070萬m3，設計年供水能力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，現狀年供水能力19,428萬m3，設計年供水能力14,449萬m3；小（1）型水庫39座，總庫容14,311萬m3，興利庫容9,433萬m3，現狀年供水能力15,303萬m3，設計年供水能力15,566萬m3；小（2）型水庫88座，總庫容3,635萬m3，興利庫容2,613萬m3，現狀年供水能力4,154萬m3，設計年供水能力6,125萬m3；塘壩31座，總庫容162萬m3，興利庫容123萬m3，現狀年供水能力185萬m3，設計年供水能力236萬m3。按水資源分區統計，東江區蓄水工程60座，總庫容11,198萬m3，興利庫容7,190萬m3，現狀年供水能力11,082萬m3，設計年供水能力11,848萬m3，其中中型水庫3座，小（1）型水庫16座，小（2）型水庫34座，塘壩7座。東江三角洲區蓄水工程105座，總庫容27,847萬m3，興利庫容17,011萬m3，現狀年供水能力27,989萬m3，設計年供水能力24,528萬m3，其中中型水庫4座，小（1）型水庫23座，小（2）型水庫54座，塘壩24座根據上述分析，該市對水利工程的開發比較重視，但過于復雜的水利工程體系，造成管理難度加大，必須通過有效的管理技術方法開展水利工程管理，實現水利工程開發與管理工作齊頭并進，提升水利工程的整體效益。

二、水文與水質管理系統的應用

1．水文與水質管理系統的應用模型設計

東莞水利工程中，對水文與水質管理系統開展設計時，是基于系統觀點來開展整體思想設計的。該管理系統的每一個模塊均需同數據庫之間構建完整的結構，并且還需要經每一個接口使數據交換這一常用功能予以實現。管理系統能夠利用數據庫實現統一化管理，從而使該系統同時具備數據收集處理、數據輸入輸出、動態數據交換以及數據預覽等多功能。管理系統可對收集的原始數據、運算標準、運算結果和動態數據交換設施統一存儲，以便開展統一的處理與調控，從而達到數據輸出以及數據交換的目的。江庫聯網工程水文與水質管理系統采用了VB（VisualBasic）開展可視化編程，不僅具備語言運行功能，而且還具備Mapinfo功能，同時系統數據庫采用WA（WindowsAccess），對Access數據予以保留，使之與數據庫轉換程序共同形成統一的管理平臺。該平臺的主要功能包括數據預覽、數據報表生成、數據處理輸出等。其包含的數據表有地下水流量監測表、水質監測表、溫度監測表等，同時還包括一些基礎性資料，對于數據管理還具有刪除、查詢、修改以及輸入等功能，江庫聯網工程水文與水質管理系統的功能應用模型見圖2所示。

2．水文水資源險情的預警功能模塊設計

在這一模型之中，可保證在精度任意條件下對任意函數實現，但是其并未對網絡構造提供一個可行有效的方法。通過對節點數以及隱藏數進行選取，在該模型之中，節點機理所對應的函數可以表達為：fx=1/（1+e-x-θ）式中，x表示節點的信息；表示節點的閾值。通過該機理函數在此方面開展模型訓練，同時采用知識形式將其予以表現。在該模型下，如果水文水資源出現險情預警，且險情預警對象Y包含的樣本有n個，則其表達式可表示為：Y={y1,y2,……yn}通過成因分析以及實況分析得知，個樣本所對應的m險情預警因子的特征，則針對樣本數量n，其特征矩陣如下：因m個險情預警因子的物理量之間存在差異，同時在量綱方面也存在差異，并且由于險情預警因子同樣本數量之間存在正相關或是負相關的關系，則對應的險情預警因子對象特征可表達為：ai=yi/ymn。其險情預警因子對象Y所對應的樣本值格式化向量可以表達為：A=（a1,a2,……,am）。在數據輸入模塊之中，借助節點i使獲取的信息輸入到隱藏節點之中，當輸入的節點與輸出的節點之間等同的情況下，即可表達為：uij=rij。式中，可理解為將節點i之中的信息向隱藏節點輸入，為了更加便于描述該隱藏節點，可將其標準向量表達為：S=（s1,s2,……,se）。在隱藏節點之中的機理函數所對應的識別模型可表達為：式中，表示i輸出相對于h輸入的權重；j代表樣本號。將p作為輸出節點的機理函數，并對其展開結果優選，則其表達式為：式中，表示p同h之間連接權重。以險情預警因子結構作為基礎，對其計算之后，從而可對江庫聯網工程之中出現的險情因素實施進一步分析。

3．水文水資源的多層次決策優選功能模塊設計

以整體模型的特征作為依據，對整體模型劃分成H層，處于最高層的便是H層，在整體模型層次之中，各層均設置了若干個并列狀態下的單元子系統。在該優選流程中，最底層的單元子系統都出現目標特征輸入其中。據此能夠對第二層決策單元的輸出進行計算，以這種方法依次逐層計算，從而得出H層計算結果。以實際經驗為依據，對系統節點之間的連接權重進行模擬。依照該向量方案之中的權重大小，可以確定各種方案的優劣，并對優劣程度進行排序，從而實現管理決策的最優化。

4．分析水利工程的效益功能模塊設計

經分析系統目標效益，需要在模型中出現的各種隨機因素條件下，依照各因素之間存在的約束關系，對江庫聯網工程的效益結構進行有效構建，具體見圖2所示。從圖2中可以觀察到，江庫聯網水庫在運行中是按照東莞水利工程水文水資源調度規則來進行資源調度的，實現了資源調度的規范化，同時，各水庫間也存在一些節點，可以將水利工程區間資源投入到節點之中，從而使聯網水庫運行中能夠將內外部資源進行充分有效地利用，實現資源優化配置，從而對于聯網水利工程效益的提升發揮著重要作用，江庫聯網工程水文與水質管理系統在應用時，可對內外部資源數據進行掌控，而資源調度則是通過該系統操作的，該系統通過觀察各類資源的情況，按照資源調度規則適當地將資源進行調度，完成調度后，該系統能夠得出各水利工程所耗用的資源量，根據資源量及水利工程產出量綜合分析經濟效益。

三、水文與水質管理系統在江庫聯網水庫中發揮的重要作用

為了提升江庫聯網開發與管理的整體效益，該地區在開展水利工程管理工作中應用了水文與水質管理系統，從目前的應用現狀來看，該系統在發揮的重要作用突出表現在以下幾個方面：

1．實現信息資源的準確收集

江庫聯網工程在開展日常管理工作中，信息資源的收集屬于重點工作，此項工作的主要內容包括水利工程安全信息的記錄、工程設計材料記錄、工程維修維護記錄以及工程加固信息記錄等[2]。在信息資源收集時，需要根據東莞市自然環境條件，對水利工程現場的地質地形特征、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，根據勘察獲取的數據信息，利用該管理系統的計算模塊，開展完整、統一的計算。

2．實現水利工程的現場勘測

水利工程在實際運行時，需要對運行狀況進行全面勘測，在江庫聯網工程未采取水文與水質管理系統時期，由于現場勘測的難度比較大，并且需要耗費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管理系統，在水利工程管理方面不夠全面，尤其是對水利工程現場勘測工作缺乏重視，導致管理方案與工程實際需求不符，對水利工程的運管維護造成不良影響[3]，近年來，江庫聯網工程在開展運維管理工作中逐漸意識到現場勘測工作的重要性，關注地下水的流量、溫度、水位以及水質等方面的勘測[4]，并重視數據化管理，所以采用先進的水文與水質管理系統，實現了水利工程現場勘測效果的提升，為水文水資源管理提供必需的數據支持。

3．實現水文水資源險情的預報

水文水資源險情主要包括洪澇、旱情等，一旦險情突發，則會對工農業生產、人們生活產生嚴重的危害，甚至會對人們的生命財產安全產生嚴重威脅。因此，開展水文水資源監測管控的意義重大[5]。江庫聯網工程采用的水文與水質管理系統能夠對蓄水量出現的變化、河流上下游水位差值等數據進行監測和計算，當計算值超出預警標準值后，管理系統會發出安全警報，相關監測人員便能夠通過警報了解水文水資源出現的險情，從而采取有效措施對險情的發生予以預防處理，避免因險情發生造成重大事故及損失。

4．實現蓄水位的合理調整

在江庫聯網工程中，死水位以及蓄水位在常規情況下是不會進行調整的，但在實際運維管理中，需要依照實際情況適當予以調整。蓄水位之所以要進行調整，主要是因水庫的總體容量達不到實際需求，在此情況下，既往通常會向上級部門進行匯報，通過上級部門審批后方可進行調整，這種常規流程過于復雜，并且上級部門審批還需要結合實際蓄水位來進行確定，導致審批時間較長，容易出現不可預估的風險，而采用水文與水質管理系統之后，通過該系統能夠對水位的變化進行監測，并通過系統平臺將監測結果反饋給上級部門，上級部門結合系統監測結果直接審批，從而能夠及時快捷地開展蓄水位調整，并且系統監測數據的準確性要高于監測人員通過監測獲取的數據，在蓄水位調整的準確性方面更占優勢，可實現蓄水位的合理調整。

5．實現計算結果的分析與決策

通過水文與水質管理系統對數據進行計算后，便需要對計算結果展開分析工作，分析內容主要是將計算結果與其數據進行對比，了解兩者之間存在的差異，找出兩者差異出現的原因，原因分析后便可結合分析結果作出相應的決策，從而保證決策的科學性與合理性。在這一過程中，若要保證決策的科學合理性，必須保證該管理系統監測到的數據信息準確無誤，并及時匯入到數據庫之中，避免出現數據丟失，為計算結果分析以及決策制定提供有力依據。

四、結語

綜上，東莞的經濟發展離不開水資源的合理利用，本文通過對江庫聯網工程建設中采用水文與水質管理系統，可對該地區水利工程的險情預警、決策管理、信息采集整理以及經濟效益分析等多個方面進行有效應用，通過研究表明，水文與水質管理系統可實現水資源的優化管理，利于水利工程建設的有效開展，通過該系統的應用，可實現現代化、信息化、科學化水利工程管理，能夠推動水利工程的建設和發展。

作者:段守榮 單位:東莞市水務集團