水利水電工程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

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水資源是一種可以再生的自然資源，從古至今，合理利用水資源對(duì)促進(jìn)社會(huì)發(fā)展至關(guān)重要。隨著世界人口的迅猛增長，城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，社會(huì)的發(fā)展對(duì)水資源的需求也迅猛增長。水資源的開發(fā)以及充分利用已成為當(dāng)代資源研究的重大課題之一。21世紀(jì)以來，高新科學(xué)技術(shù)也在迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已廣泛應(yīng)用到人們生活、生產(chǎn)的方方面面，計(jì)算機(jī)的科學(xué)性與便利性已然在眾多實(shí)踐中得到了證明，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融入水資源研究與開發(fā)利用的各個(gè)環(huán)節(jié)，一定能夠有效地推動(dòng)水資源的進(jìn)步發(fā)展，提高水資源開發(fā)與利用的效率。在辛全才、牟獻(xiàn)友主編的《水利工程概論》(黃河水利出版社，2011年8月第一版)一書中，編者對(duì)水利工程的類型、開發(fā)目標(biāo)以及工程布置做了初步介紹，并對(duì)水利樞紐、水利建筑物以及與水利相關(guān)的工程建設(shè)和管理都進(jìn)行了大體的闡釋，通過對(duì)此書的研讀與學(xué)習(xí)，筆者結(jié)合“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用”這一課題，初步提取出以下3種較具代表性與實(shí)用性，并運(yùn)用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的水利工程項(xiàng)目。

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的洪水預(yù)報(bào)模型與防洪工程

隨著地理信息系統(tǒng)、空間信息處理技術(shù)以及其他與地質(zhì)水文相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)，與地質(zhì)、水文相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)的獲取變得更加準(zhǔn)確、便捷，數(shù)據(jù)的管理也更加科學(xué)，數(shù)據(jù)的分析變得更加高效，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)甚至還能進(jìn)行水文變化的模擬和演示，基于高新的技術(shù)支撐，科學(xué)家們研發(fā)出新的洪水預(yù)報(bào)模型，這種模型在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)用，被統(tǒng)稱為洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以獲取最新的雨水信息，并對(duì)雨水信息進(jìn)行傳播和分析，結(jié)合洪水預(yù)報(bào)模型中通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲得的水文信息與洪水特點(diǎn)、河床演變規(guī)律等知識(shí)，融合水文學(xué)、水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)等科學(xué)方法，對(duì)洪水情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，并將洪水信息快速準(zhǔn)確地傳達(dá)給各級(jí)防汛指揮部門，為其防洪決策提供依據(jù)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在獲取了各地區(qū)洪水情況數(shù)據(jù)后，便可開始規(guī)劃建設(shè)防洪工程了。在《水利工程概論》的第五章，編者對(duì)防洪工程做了專門的介紹，書中主要選取了堤防工程、分洪工程、河道整治建筑物以及河道整治的基本方法4個(gè)部分的內(nèi)容，在第一節(jié)“堤防工程”中，此書首先介紹了堤防的類型、堤身的用料、堤頂?shù)膶挾?、堤邊的土質(zhì)以及堤防的修補(bǔ)問題;其次，書中具體介紹了如何選擇堤線;最后，此書就堤防規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)進(jìn)行了說明。例如，修筑堤防將提高河道的水位，要考慮到被水淹沒的面積;堤防的修建會(huì)影響排水，要注意堤防兩岸排澇的問題，萬一出現(xiàn)特殊洪水情況，發(fā)生決堤需做緊急搶險(xiǎn)救災(zāi)的預(yù)案。而分洪工程主要是指結(jié)合地形特點(diǎn)，修建引洪道或分洪閘，將河流超量的河水引去其他地方的泄洪方法。書中主要介紹了分洪閘的使用，以及蓄洪區(qū)的排灌問題。在第三節(jié)“河道的整治建筑物”部分，書中主要介紹了丁壩、順壩、鎖壩、護(hù)坡與護(hù)底、導(dǎo)流屏等五類河道整治建筑物，書中對(duì)這五類河道整治建筑物都作了簡單的介紹，并且配備了相對(duì)應(yīng)的壩圖，幫助讀者理解不同壩的形狀特點(diǎn)?！昂拥勒蔚幕痉椒ā边@一小節(jié)主要介紹了護(hù)岸工程、淺灘的整治、彎曲河道的整治、分汊河道的整治、游蕩性河道的整治與河口整治等6種不同類型水文地域的整治方法，并介紹了不同整治方法的作用，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的水質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)與取水輸水建筑物

工業(yè)革命以來，世界各國都進(jìn)入了大生產(chǎn)時(shí)代，隨著生產(chǎn)力的提升，世界人口數(shù)量也在不斷地增長，工業(yè)廢水與人們生活污水的排放量也越來越大，水污染問題已經(jīng)成為21世紀(jì)世界所面臨的重要問題之一。人們對(duì)水資源污染問題重視程度較高，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，科學(xué)家們建立了水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)，通過對(duì)水環(huán)境質(zhì)量因子的跟蹤研究，在掌握其變化規(guī)律的情況下，可以預(yù)測水環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢，由此形成水環(huán)境預(yù)警系統(tǒng)，為人們提供水環(huán)境數(shù)據(jù)信息，幫助人們選擇相應(yīng)的措施預(yù)防和治理水污染。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)下的地理信息系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理及模擬能力，科學(xué)家們可以了解不同地區(qū)的土地利用方式對(duì)相應(yīng)地區(qū)水文水質(zhì)的影響，并結(jié)合可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，來調(diào)整土地利用方式，提升當(dāng)?shù)氐乃乃|(zhì)條件。水是生命之源，人們的生產(chǎn)、生活都離不開水，在使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行了檢測與預(yù)測之后，水資源的質(zhì)量可以得到相應(yīng)的保證，然而要使人們能夠便利地獲得水、使用水，還需要取水輸水建筑物來發(fā)揮作用。在《水利工程概論》的第四章中，編者專門設(shè)置了一個(gè)小節(jié)，來介紹取水輸水建筑物。取水建筑物是輸水建筑物的首部建筑，它的作用主要是控制和調(diào)節(jié)水流，取水建筑物也叫作取水口或者進(jìn)水建筑物，一般建設(shè)在河岸或者水庫的某一側(cè)，從河流或者水庫中取得用來發(fā)電或者人們生活所需的水資源。在對(duì)取水建筑物有了初步了解之后，編者特別說明了取水建筑物建設(shè)需考慮的五點(diǎn)注意事項(xiàng)，例如，取水建筑物位置的選擇要考慮到該區(qū)域是否有足夠的流量，該區(qū)域的水質(zhì)是否符合用水要求，水頭損失的大小，引水流量能否控制，以及施工的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、維修等方面是否存在困難。輸水建筑物又稱為引水建筑物，也就是用于傳輸水資源的建筑物。不同的輸水建筑物作用各異，按照其不同的作用，書中將輸水建筑物分為了6種類型，第一種是用于農(nóng)田灌溉、水力發(fā)電或者人們生活的，可以統(tǒng)稱為渠道;第二種用于防止和減少渠道中泥沙淤積的，被稱為沖沙和沉沙建筑物;第三種用來計(jì)量水量的，被稱為量水建筑物。書本中還簡單介紹了調(diào)節(jié)和配水建筑物、交叉建筑物、落差建筑物、泄水建筑物幾種輸水建筑物類型，在此不再贅述。輸水建筑物一般規(guī)模不大，但是數(shù)量非常多，在整個(gè)水利工程中所占的比重也比較大，因此還需不斷地優(yōu)化輸水建筑設(shè)計(jì)，改良管道布局，來提高輸水效率，節(jié)約人力物力成本。

三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的現(xiàn)代化灌區(qū)管理與農(nóng)業(yè)水利工程

農(nóng)田的水利研究一般集中于農(nóng)田節(jié)水與作物高產(chǎn)這兩個(gè)最具實(shí)用價(jià)值的話題，世界農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢以及我國的方針政策都要求，我國農(nóng)業(yè)必須向現(xiàn)代化方向發(fā)展，運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)現(xiàn)代化管理，來達(dá)到節(jié)約農(nóng)田用水的目標(biāo)，并使用科學(xué)自動(dòng)化控制系統(tǒng)灌溉來提高作物產(chǎn)量，這是目前農(nóng)業(yè)水利工程研究中的熱門話題之一。在《水利工程概論》的第六章中，編者從灌排制度、灌排渠系建筑物、節(jié)水灌溉工程3個(gè)方面介紹了農(nóng)業(yè)水利工程，農(nóng)業(yè)水利工程的基本任務(wù)就是通過各種水利工程來調(diào)節(jié)各地區(qū)的水量分布情況，滿足農(nóng)業(yè)用水需求，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。具體來說，農(nóng)業(yè)水利灌溉工程就是將水源區(qū)的水引入田間的渠道或田間的灌溉設(shè)施中，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的灌溉、排水。水是作物生長最重要的因素之一，水除了能夠直接給作物提供養(yǎng)分，還對(duì)作物的生長環(huán)境起到調(diào)節(jié)和控制的作用。作物不能長期缺水，長期缺水的作物容易枯萎甚至死亡;但也不能有過多的水分，水分過多會(huì)造成土壤缺氧，導(dǎo)致作物的根莖腐爛。建設(shè)農(nóng)田水利設(shè)施，實(shí)現(xiàn)科學(xué)自動(dòng)化的灌溉，能夠有效地調(diào)節(jié)和控制農(nóng)田的水環(huán)境，改善土壤環(huán)境，提高作物的成活率，提高作物產(chǎn)量，解決上述水環(huán)境不佳造成的作物生長問題。在此書第六章第一節(jié)的排灌制度中，編者主要介紹了作物的需水量、作物的需水規(guī)律以及灌溉制度與排水制度。在第二節(jié)中，主要介紹了灌排渠系建筑物，編者先對(duì)灌溉渠系做了大體的介紹，而后說明了灌溉渠道的規(guī)劃原則，再具體闡述了干渠與支渠的規(guī)劃布置形式。在介紹完灌溉渠道后，編者又對(duì)排水系統(tǒng)布置的原則以及排水溝道系統(tǒng)布置的注意事項(xiàng)進(jìn)行了說明。在第二節(jié)的最后部分，書中重點(diǎn)介紹了量水設(shè)施。量水設(shè)施不但可以對(duì)灌區(qū)進(jìn)行水量控制，為水費(fèi)的征收提供依據(jù)，更重要的是能夠幫助節(jié)約用水，促進(jìn)灌水方案的改進(jìn)。灌區(qū)量水的方法主要有5種，分別是利用水工建筑物量水、利用特制的量水設(shè)施量水、利用流速儀量水、利用水尺量水、用水面浮標(biāo)量水。在第三節(jié)節(jié)水灌溉工程這一部分讀者可以得知，我國常用的節(jié)水灌溉方式有低壓管道灌溉、噴灌、微灌、滲灌等。編者選取了較為常用的節(jié)水灌溉方式，做了具體的說明。低壓管道灌溉的管道輸水系統(tǒng)是由水源與取水工程，輸水配水管網(wǎng)體系和田間灌水系統(tǒng)3部分組成，管道輸水工程可以有效地減少水資源的蒸發(fā)和滲漏，具有輸水速度快的特點(diǎn)，管理起來也較為方便，能夠有效改善田間灌水的條件，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)增收。噴灌則是指用管道將水增壓，傳輸?shù)焦喔鹊囟?，再通過噴灑裝置，使水在空中分散成細(xì)小的水珠，均勻地分布在田間的灌水方法。噴灌的優(yōu)點(diǎn)是灌水均勻，適用于菜園、果園、苗圃等作物區(qū)的灌溉，噴灌適用于各種土質(zhì)的作物區(qū)，也不需要對(duì)土地進(jìn)行平整，不需要挖溝筑埂，不占用耕地，更有利于實(shí)現(xiàn)灌溉機(jī)械化自動(dòng)化。書中對(duì)其他幾種灌溉方式也有些具體的闡述，本文不再過多介紹?！端こ谈耪摗芬粫鴮⑺ㄔO(shè)原理與工程實(shí)踐相結(jié)合，語言通俗，闡述具體，可作為高等院校水利專業(yè)教學(xué)用書，也適合相關(guān)專業(yè)人員研讀學(xué)習(xí)。

作者：李敏 單位：河南財(cái)政金融學(xué)院