¿Investigación sobre sistemas de seguimiento y gestión en tiempo real de los recursos hídricos en cuencas fluviales?
Debido a las condiciones geográficas naturales únicas de China y a sus complejas características hidrológicas y de recursos hídricos, los problemas de recursos hídricos de China son más complejos. Aunque varias cuencas fluviales han logrado grandes logros después de 40 a 50 años de construcción de proyectos de conservación de agua a gran escala, los problemas de escasez de agua y contaminación no se han resuelto fundamentalmente y se están volviendo cada vez más graves. Para resolver o aliviar de manera más efectiva el problema de la "poca agua y el agua sucia", es necesario realizar un análisis en profundidad de las leyes del ciclo del agua de la cuenca y la relación de transformación mutua entre las aguas superficiales y subterráneas en las condiciones actuales. Mediante el estudio de las teorías básicas y los métodos técnicos de monitoreo y gestión en tiempo real de los recursos hídricos en la cuenca, Desarrollar y construir un sistema de monitoreo y gestión en tiempo real de los recursos hídricos de la cuenca. De esta manera, el potencial inherente y las ventajas integrales generales de los proyectos existentes de conservación del agua pueden utilizarse y aprovecharse plenamente para garantizar el desarrollo racional y la utilización eficiente de los recursos hídricos en la cuenca, y apoyar eficazmente el desarrollo sostenible de la economía social.
2 Componentes del sistema y tecnologías clave
El objetivo principal de desarrollar un sistema de monitoreo y gestión en tiempo real de los recursos hídricos de las cuencas fluviales es promover la modernización de la conservación del agua a través de la informatización de la conservación del agua y garantizar Utilización sostenible de los recursos hídricos mediante la modernización de la conservación del agua. Apoyar el desarrollo social y económico sostenible mediante la utilización sostenible de los recursos hídricos. El sistema se basa en el sistema de monitoreo en tiempo real de los recursos hídricos, utilizando como medio modernos sistemas de comunicación y redes informáticas, y combina el despacho óptimo de los recursos hídricos con aguas superficiales, aguas subterráneas, tratamiento y reutilización de aguas residuales, agua de mar (agua salobre). y la transferencia externa de agua es el núcleo, con el objetivo de ahorrar agua, prevenir la contaminación, mejorar la eficiencia en la utilización de los recursos hídricos y, en última instancia, lograr el uso sostenible de los recursos hídricos mediante la recopilación, transmisión y análisis de modelos en tiempo real de información sobre los recursos hídricos. , las soluciones para la toma de decisiones sobre recursos hídricos se brindan de manera oportuna. Proporcione rápidamente resultados de evaluación posteriores a la implementación para garantizar una gestión unificada, dinámica y científica de los recursos hídricos, el envío y la gestión conjuntos del control y los beneficios de inundaciones, aguas superficiales y subterráneas, agua local y transferencia de agua externa, calidad y cantidad del agua, alta calidad. agua y agua de mala calidad, para garantizar el agua. El desarrollo coordinado de los recursos, la economía social y el entorno ecológico apoya el desarrollo sostenible de la economía social.
El sistema de gestión y monitoreo en tiempo real de los recursos hídricos de la cuenca fluvial es un sistema dinámico interactivo de toma de decisiones asistido por computadora, que consiste en monitoreo en tiempo real, evaluación en tiempo real, pronóstico en tiempo real, información real -Subsistemas de gestión del tiempo, despacho en tiempo real, consulta para la toma de decisiones, control y posevaluación. Se basa en la idea de desarrollo sostenible, en las teorías relevantes de la hidrología moderna y la ciencia de los recursos hídricos, y utiliza análisis de sistemas avanzados modernos, inteligencia artificial, informática, multimedia y tecnología de redes. A través del cálculo, análisis, razonamiento de conocimiento y juicio de modelos profesionales relevantes, proporciona a los tomadores de decisiones planes de gestión y despacho en tiempo real para los recursos hídricos de las cuencas fluviales, y permite a los tomadores de decisiones o expertos realizar análisis cualitativos y tomar decisiones basadas en sobre su propia sabiduría, conocimiento, experiencia, preferencias y estilos de toma de decisiones, directamente involucrados en todo el proceso de toma de decisiones de generación y evaluación de programas.
Basado en la hidrología, los recursos hídricos y las características del suministro de agua de la cuenca, y en base a los problemas de escasez de agua y deterioro del medio ambiente hídrico que enfrenta actualmente la cuenca, se creó un sistema de monitoreo y gestión en tiempo real de los recursos hídricos. en la cuenca fue investigado y desarrollado. Las tecnologías clave de este sistema incluyen principalmente:
(1) Ajuste y mejora de la red de monitoreo de los recursos hídricos, investigación sobre la capacidad de retención de contaminación de los ríos y su capacidad ambiental, verificación de las reglas de operación y parámetros técnicos de los embalses o grupos y ajuste de embalses, control de recursos de inundaciones, tratamiento y reutilización de aguas residuales y recarga artificial de aguas subterráneas, control total del volumen de aguas residuales y demanda de agua del entorno ecológico, despacho unificado de control y beneficio de inundaciones, utilización y gestión conjunta de recursos de aguas superficiales y subterráneas, en tiempo real Gestión de despacho de recursos hídricos Análisis de beneficios y riesgos y estandarización del sistema después de la implementación del plan.
(2) El sistema consta de una base de datos básica grande y compleja, una biblioteca de modelos, una biblioteca de resultados, una biblioteca de modelos profesionales y una base de conocimientos. Sus características son un sistema de gran escala, una gran cantidad de procesamiento de datos, operaciones de modelo complejas y muchas interfaces de transmisión de datos. Cómo lograr una gestión profesional del almacenamiento, procesamiento y transmisión de información es una dificultad técnica. La política de precios del agua y la asignación de derechos de agua dentro de la cuenca también son clave para el desarrollo racional, la utilización eficiente y la gestión unificada en tiempo real de los recursos hídricos en la cuenca.
(3) Cómo establecer y mejorar la estructura organizacional y un equipo de aplicación de la ley eficiente y capaz que se adapte a los requisitos de la gestión moderna de los recursos hídricos, y cómo formular reglas y regulaciones científicas, políticas y regulaciones relevantes para Gestión de recursos hídricos en la cuenca fluvial para garantizar la gestión en tiempo real de los recursos hídricos en la cuenca fluvial. La implementación de planes de gestión y despacho guía el desarrollo, utilización y protección de los recursos hídricos en la cuenca.
3 Principales funciones del sistema
Las principales funciones del sistema de seguimiento y gestión en tiempo real de los recursos hídricos de la cuenca incluyen: seguimiento, evaluación, predicción y decisión en tiempo real soporte (predicción, gestión y despacho en tiempo real), control y posevaluación.
3.1 Monitoreo en tiempo real de los recursos hídricos
El monitoreo en tiempo real de los recursos hídricos incluye principalmente el régimen hídrico, la calidad del agua, la sequía y otra información. Sobre la base de la red de estaciones de monitoreo existente, establecer y mejorar una red (sitio) de monitoreo dinámico unificado o un sistema de monitoreo (incluidas las precipitaciones, la evaporación, la escorrentía, el nivel del agua, la calidad del agua) de los recursos hídricos (incluidas las precipitaciones atmosféricas, las aguas superficiales, el agua del suelo y (agua subterránea), estaciones de monitoreo de temperatura del agua y contenido de humedad), y redes de monitoreo de capacidad de bombeo y toma de agua de pozos mineros, e intercambiar información y datos requeridos entre redes o sistemas de monitoreo.
(1) Observación de precipitaciones. En la actualidad, los principales métodos de observación de las precipitaciones son el autorregistro ordinario y la observación manual. Para lograr el propósito del monitoreo en tiempo real, los equipos de observación existentes deben actualizarse, equiparse con pluviómetros basculantes y con memoria de estado sólido. De esta manera se actualiza el modo de observación de lluvia a modos de observación desatendido y tripulado, logrando la recopilación y transmisión automática de información de lluvia.
(2) Observación del nivel del agua. Las observaciones del nivel del agua se dividen en aguas superficiales y aguas subterráneas. El agua superficial se refiere a los niveles de los ríos y los niveles de los embalses, y el agua subterránea se refiere a los niveles de las aguas subterráneas.
① Para la observación del nivel de agua de medidores de nivel de agua básicos en puentes (o puentes de carreteras cercanos), especialmente en estaciones con alto contenido de arena, se recomienda utilizar medidores de nivel de agua ultrasónicos de gas medio y luego transmitir el información del nivel del agua a través de métodos cableados o inalámbricos transmitidos a la estación.
(2) Para la observación del nivel del agua de ríos montañosos, o la observación del nivel del agua con sección transversal estable y pequeño contenido de arena, utilice la observación del nivel del agua con registro de pozos e instale un flotador o un medidor de nivel de agua a presión, y utilice Métodos cableados o inalámbricos para medir el nivel del agua. La información del nivel del agua se transmite a la estación de medición.
(3) Las estaciones de embalse generalmente tienen pozos con registro automático, que se vuelven a ensamblar solo con medidores de nivel de agua de tipo flotador o de presión, y la información del nivel de agua se transmite al edificio de la estación a través de medios cableados o inalámbricos. .
④ En la actualidad, el monitoreo del nivel del agua subterránea se divide principalmente en dos tipos: cuerda de medición manual y monitoreo automático. El monitor automático transmite principalmente datos de monitoreo en tiempo real a la estación central a través de almacenamiento de estado sólido, transmisión de red telefónica, transmisión de red de telefonía móvil, transmisión inalámbrica, etc.
En definitiva, se recomienda que el monitoreo del nivel de agua esté equipado con una memoria de estado sólido de nivel de agua y lluvia que combine la lluvia, y un sistema de monitoreo automático con funciones de registro, transmisión, almacenamiento y análisis, en definitiva. realizando grabación remota y previsión automática de niveles de agua.
(3) Prueba de flujo: cada estación central está equipada con diferentes tipos de vehículos de medición de puentes e instrumentos y equipos avanzados para realizar mediciones de puentes y patrullas de inspección de las áreas circundantes que se utilizan para realizar teleféricos y estaciones de medición de barcos; Las inspecciones de las instalaciones y equipos existentes se actualizarán y transformarán para realizar la automatización controlada por el programa del teleférico hidrológico. Está equipado con embarcaciones motorizadas e instrumentos y equipos de prueba avanzados para mejorar integralmente la precisión de la medición del flujo y satisfacer plenamente las necesidades de control de inundaciones, alivio de sequías y asignación unificada de recursos hídricos. Reparar y transformar el teleférico hidrográfico existente en la estación del embalse para realizar la automatización controlada por programa del teleférico hidrográfico y garantizar los requisitos de precisión de las pruebas de flujo.
(4) Observación del flujo en la toma de agua y el área de riego: la toma de agua del embalse se divide en dos tipos: canales abiertos y tuberías. El nivel del agua utiliza principalmente medidores de nivel de agua con registro automático ultrasónico. Las pruebas de flujo se dividen en diferentes situaciones y se debe seleccionar el equipo de medición de flujo adecuado. La observación del nivel del agua en áreas de riego utiliza principalmente medidores de nivel de agua ultrasónicos con registro automático. , el caudal se calibra con un medidor de velocidad de onda de radio irregular y se calcula la línea de relación de flujo del nivel del agua de escorrentía.
(5) Observación en tiempo real de la capacidad de bombeo de los pozos: en la actualidad, solo algunos pozos están equipados con medidores de agua y la mayoría de los pozos no están equipados con medidores de agua. Para obtener datos precisos sobre la cantidad real de agua subterránea extraída y captar la cantidad exacta de agua subterránea extraída, es necesario instalar medidores de agua en los pozos de extracción de agua subterránea de manera gradual o enfocada.
(6) Monitoreo en tiempo real de la calidad del agua: la contaminación del agua tiene las características de una composición física y química compleja, diversidad y amplia cobertura. No solo se ve afectada por el tamaño y la cantidad de las fuentes de contaminación, sino también. También se ve afectado por inundaciones y lluvias durante las temporadas de inundaciones. Debido a los efectos combinados de múltiples factores, los cambios en los parámetros de calidad del agua en composición, espacio y tiempo son muy complejos. Los métodos tradicionales artificiales de recolección y prueba de muestras de agua in situ tienen un ciclo largo, son difíciles de reflejar con precisión la naturaleza y el proceso de los cambios en la calidad del agua de manera oportuna y no pueden monitorear ni gestionar científicamente de manera efectiva el desarrollo, la utilización y la protección de los recursos hídricos. .
El monitoreo en tiempo real de la calidad del agua utiliza instrumentos automáticos de monitoreo de la calidad del agua, equipos de transmisión remota, monitoreo en línea y software de procesamiento de datos para lograr la recopilación, el análisis y el almacenamiento continuos de los parámetros de calidad del agua. Cuando los indicadores de monitoreo exceden los estándares de contaminación, se emite una alarma y se produce contaminación. Se realiza un análisis de tipo.
(7) Monitoreo en tiempo real de la humedad del suelo: el monitoreo en tiempo real de la humedad del suelo en áreas de riego grandes y medianas tiene como objetivo principal proporcionar información de apoyo para un riego oportuno, moderado, eficiente y que ahorra agua. . Y si las condiciones lo permiten, se explora la posibilidad de utilizar tecnología de teledetección para predecir la humedad del suelo en tiempo real (pequeña y mediana escala), es decir, utilizar información de teledetección en tiempo real, basada en datos de monitoreo en tiempo real de la humedad del suelo en Áreas de riego grandes y medianas, mediante el acoplamiento con el modelo de interpretación de sensores remotos. Calcular y proporcionar la humedad del suelo en tiempo real en diferentes áreas de riego a lo largo de la cuenca, proporcionando una base confiable para el desarrollo saludable de una agricultura eficiente y que ahorre agua en la cuenca. .
3.2 Evaluación en tiempo real de los recursos hídricos
La evaluación en tiempo real de los recursos hídricos se refiere principalmente al análisis y análisis en tiempo real de las características de cantidad, calidad y distribución espacial y temporal. de los recursos hídricos en la etapa inicial, así como el desarrollo y utilización de los recursos hídricos. Evaluación para determinar el estado y los problemas de los recursos hídricos.
(1) Evaluación en tiempo real de los recursos hídricos: basada en datos de monitoreo en tiempo real, como precipitaciones, escorrentía de ríos y niveles de agua subterránea, y mediante análisis comparativos con el mismo período de la historia, la cantidad y Se determinan y evalúan la abundancia de recursos hídricos.
(2) Evaluación en tiempo real de la calidad de los recursos hídricos: basada en la observación en tiempo real de la calidad del agua en ríos, embalses y acueductos y datos de monitoreo en tiempo real de la calidad del agua subterránea, y mediante análisis comparativos con En el mismo período de la historia se determina el estado de la calidad del agua y la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. Sus principales contenidos de evaluación incluyen: grado de contaminación, alcance y principales contaminantes, calidad del recurso hídrico, carga contaminante y reducción de ríos importantes, etc.
(3) Evaluación en tiempo real del desarrollo y utilización de los recursos hídricos: evaluación en tiempo real de la situación del suministro de agua a través de datos de monitoreo en tiempo real, como la ingesta de agua, la capacidad de bombeo de pozos mineros, el nivel del agua subterránea, etc. , análisis y evaluación en tiempo real del volumen de suministro de agua y diferentes volúmenes de suministro de agua de varios proyectos de conservación de agua. Basado en el consumo de agua real de la industria, la estructura del suministro de agua, el nivel de conservación del agua, el desarrollo y grado de utilización de los recursos hídricos y el potencial de desarrollo adicional de los recursos hídricos locales. Los recursos hídricos, las áreas potenciales de explotación de aguas subterráneas, las áreas de equilibrio de extracción y reposición y las áreas de sobreexplotación se delinean en tiempo real.
3.3 Previsión de recursos hídricos en tiempo real
La previsión de recursos hídricos en tiempo real incluye principalmente dos partes: previsión de agua entrante y previsión de demanda de agua se divide en cantidad de agua. pronóstico y pronóstico de la calidad del agua. La predicción de recursos hídricos incluye la predicción de recursos de aguas superficiales y la predicción de recursos de aguas subterráneas. El pronóstico de los recursos hídricos superficiales se puede subdividir en pronóstico de agua local y agua externa (incluida la desviación de agua), y también se puede dividir en pronóstico de escorrentía de la temporada de inundaciones y pronóstico de escorrentía de la temporada seca (sin inundaciones). Las previsiones de demanda de agua se dividen en previsiones de demanda de agua industrial, agrícola, doméstica y ecológica.
Previsión en tiempo real de la escorrentía de los ríos (1). De acuerdo con el mecanismo de formación y las reglas de producción de escorrentía fluvial, el pronóstico de escurrimiento fluvial en tiempo real se divide en dos tipos: pronóstico de escurrimiento en tiempo real durante la temporada de inundaciones y pronóstico de escurrimiento en tiempo real durante la estación seca. Los principales mecanismos de generación y confluencia de caudales en la temporada de inundaciones son el modelo de sobrefiltración y almacenamiento total y el modelo integral de sobrefiltración y almacenamiento total. La escorrentía durante la estación seca sigue principalmente el patrón de extracción de la cuenca. Por lo tanto, el modelo de pronóstico de escorrentía en tiempo real durante la temporada de inundaciones es diferente del modelo de pronóstico de escorrentía en tiempo real durante la estación seca, y es necesario establecer un modelo de pronóstico para pronosticar la escorrentía en la temporada de inundaciones y en la estación seca, respectivamente.
(2) Predicción en tiempo real de los recursos hídricos subterráneos. En primer lugar, se analizan las reglas de formación, condiciones de recarga, escorrentía y descarga de aguas subterráneas y las reglas de ocurrencia de aguas subterráneas. Luego se determinan las particiones de los parámetros del acuífero basándose en la prueba de bombeo y los parámetros hidrogeológicos relevantes se determinan utilizando datos de prueba y datos de observación a largo plazo. Finalmente, el método del equilibrio o método del modelo de simulación matemática se utiliza para analizar y predecir los recursos hídricos subterráneos, el volumen explotable y la distribución dinámica del agua subterránea.
(3) Previsión de la calidad del agua en tiempo real. Utilizando el monitoreo de la calidad del agua en tiempo real y la información sobre la descarga de contaminantes, a través del modelo de predicción de la calidad del agua en tiempo real establecido, podemos predecir el estado de la calidad del agua, los tipos de contaminantes, el alcance de la contaminación y el grado de contaminación de las aguas subterráneas y superficiales en tiempo real, y proporcionar información oportuna sobre el estado de contaminación de los recursos hídricos.
(4) Predicción de la demanda de agua en tiempo real. De acuerdo con los requisitos de la previsión de la demanda de agua, las categorías de demanda de agua se dividen en cuatro categorías de primer nivel: ambiente vivo, industrial, agrícola y ecológico. Cada categoría de primer nivel se puede dividir en varias categorías de segundo y tercer nivel. Según la situación y las necesidades específicas, se puede subdividir en cuatro categorías. Según el método de clasificación anterior, es fácil combinar elementos de demanda de agua relacionados para obtener el proceso de demanda de agua.
3.4 Soporte de decisiones en tiempo real para recursos hídricos
La toma de decisiones en tiempo real para recursos hídricos incluye predicción en tiempo real, gestión y despacho en tiempo real de recursos hídricos, y toma de decisiones en tiempo real. -hacer consulta.
(1) Previsión de recursos hídricos en tiempo real.
La predicción en tiempo real de los recursos hídricos, especialmente la predicción de la escorrentía y la predicción de la demanda de agua en la temporada de inundaciones, se ve muy afectada por muchos factores inciertos y es difícil de predecir con precisión. Por lo tanto, es necesario consultar a expertos, absorber y aprovechar el conocimiento y la experiencia de expertos en este campo, para predecir y determinar con mayor precisión los futuros procesos de entrada y demanda de agua.
(2) Gestión en tiempo real de los recursos hídricos. A partir de los resultados de la evaluación y predicción de los recursos hídricos en tiempo real, mediante el cálculo de modelos de gestión de recursos hídricos en tiempo real, combinados con el conocimiento, la experiencia y las preferencias acumuladas de expertos o tomadores de decisiones en la materia, se realizan las funciones de ajuste económico. de acuerdos de reparto de agua y políticas de precios del agua, etc. Finalmente, se propone un plan de gestión de los recursos hídricos en tiempo real para proporcionar una base de toma de decisiones para el desarrollo, utilización y protección racional de los recursos hídricos, brindar apoyo al departamento administrativo del agua para ejercer científicamente sus funciones de supervisión y gestión, y garantizar el uso sostenible de los recursos hídricos.
(3) Despacho óptimo de recursos hídricos en tiempo real. A través del plan anual de manejo del recurso hídrico formulado en la etapa inicial, se determinan las reglas y bases para el despacho óptimo del recurso hídrico en función de la abundancia, sequedad y contaminación del recurso hídrico en cada período, un plan de despacho de agua en tiempo real; Los recursos hídricos se determinan estableciendo un modelo de despacho óptimo de los recursos hídricos.
(4) Consulta para la toma de decisiones sobre recursos hídricos. La consulta para la toma de decisiones se refiere a la reorganización y el procesamiento de diversa información histórica, predictiva, de gestión y de despacho en tiempo real para proporcionar información para discutir y analizar la abundancia y la contaminación de los recursos hídricos y, en última instancia, determinar planes de gestión y despacho de agua en tiempo real. Recursos de apoyo integral. Con base en algunos planes de gestión y despacho determinados utilizando modelos de gestión de recursos hídricos y modelos de despacho en tiempo real, así como los resultados del análisis integral de beneficios de cada plan, los principales tomadores de decisiones y expertos de campo seleccionan un plan y lo ponen en práctica a través de un análisis integral. , comparación, consulta y discusión. Si se considera necesario seguir desarrollando un nuevo plan, se calculará y propondrá un nuevo plan de gestión y despacho a través del sistema de gestión y despacho de recursos hídricos en tiempo real para que los tomadores de decisiones comparen y seleccionen los planes antiguos y nuevos.
En definitiva, a la hora de afrontar decisiones importantes sobre recursos hídricos, el mecanismo de consulta para la toma de decisiones es muy importante. Las partes con intereses en conflicto pueden analizar sus respectivas ventajas y desventajas en función de las diversas soluciones proporcionadas, incluidas soluciones de previsión de recursos hídricos en tiempo real, soluciones de gestión en tiempo real y soluciones de despacho en tiempo real, y negociar para determinar una solución aceptable para todas las partes.
3.5 Control automático remoto
El control se puede dividir en control manual, control automático, control semiautomático, etc. , principalmente para controlar importantes tomas de agua, pozos mineros y compuertas de desvío. Según las necesidades y posibilidades, es necesario establecer algunos sistemas de control automático remoto de forma focalizada y selectiva, y también es una dirección de desarrollo a futuro.
3.6 Postevaluación de la gestión del seguimiento
Para mejorar y perfeccionar continuamente las funciones del sistema, es necesario realizar una posevaluación de las funciones clave del sistema. El contenido principal incluye: evaluar la racionalidad, el efecto de implementación, la precisión y la controlabilidad de los planes de gestión de despacho de recursos hídricos en tiempo real, enfocándose en analizar las razones que conducen a planes de gestión de despacho irrazonables, beneficios deficientes y pronósticos inexactos.
Finalmente, se integraron algunos contenidos relevantes y módulos funcionales, y finalmente se estableció y puso en operación de prueba un sistema relativamente completo de monitoreo y gestión de recursos hídricos en tiempo real basado en SIG; , las modificaciones continuas se hicieron perfectas y finalmente se entregaron oficialmente para su uso, lo que puede garantizar el funcionamiento estable del sistema.
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