水质管理在水利工程管理中应用

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摘要：水资源是人类赖以生存的重要资源，若要实现水资源的充分利用，必须通过水利工程来实现，在水利工程建设中，水文与水质管理是其重要依据。随着数字信息时代的发展，水文与水质管理工作也面临着变革，采用水文与水质管理系统，对于水利工程的建设与发展具有重要意义。因此，本文以广东省东莞市江库联网工程为例，首先从东莞市水资源以及水利工程开发的现状着手，然后分析水文与水质管理系统在东莞市江库联网工程中发挥的作用，最后对水文与水质管理系统在东莞市水利工程中的实际应用进行探究。

关键词：水文与水质管理系统；水利工程；水资源

水文与水质管理已成为当前水利工程建设的一项重要工作。水文水质管理系统主要可在现场勘查、数据资料收集、蓄水位以及死水位的确立等方面进行管理应用，通过该系统的应用，能够为水利工程的建设与管维提供必要的依据[1]。广东省东莞市的水资源丰富，是东深供水工程的水源地，若能应用现代化的管理系统加强该水文与水质管理，不仅关系到当地居民的生产生活用水安全，而且还深刻地影响到整个东深供水工程，对深港两地的饮用水安全至关重要，所以水文与水质管理是一项极为重要的工作。本文以广东省东莞市江库联网工程为例，对该地区水利工程中应用的水文与水质管理系统发挥的成效进行研究。

一、东莞市水资源以及水利工程开发的现状分析

1．东莞市水资源概况

东江是东莞市的主要供水水源地。东江作为过境河流，多年平均天然径流量为244.6亿m3，将近85%集中在汛期，由于东江承担着港深、惠州、河源以及东莞、广州等发达地区的供水任务，供水矛盾突出，因此东江入境可为东莞市所利用的水资源量要在全省水资源优化配置的基础上由省进行统一分配。但境内多年平均水资源总量为20.76亿m3，（地表水20.55；地下水5.63；重复5.42）折合年径流深842.2mm。其中：东江下游多年平均水资源总量为8.10亿m3，折合年径流深948.6mm，占全市水资源总量的39.0%；东江三角洲12.66亿m3，折合年径流深785.8mm，占全市水资源总量的61.0%。人均占有境内水资源量为245m3/人。根据广东省水资源及其开发利用评价，全省人均水资源量为2,627m3/人，东莞市人均占有境内水资源量仅为全省平均数的8.9%。可见，东莞市当地水资源极为贫乏。由于境内水体污染严重，部分地下水受到污染，根据监测资料，有超过半数的地下水受到污染，水质类别达到Ⅴ类。超标的项目有亚硝酸盐、硝酸盐、氨氮、高锰酸盐指数、硫酸盐、PH值和总大肠菌群。境内主要河流石马河、寒溪河、东引运河水体污染严重，水质全年基本都劣Ⅴ类由此可见，东莞市的水资源丰富，但水资源污染情况严重，用水安全存在极大隐患，针对该市水资源开展水文与水质管理工作极为必要。

2．水利工程开发现状

东莞市2021年底共有蓄水工程165座，总库容39,045万m3，兴利库容24,202万m3，现状年供水能力39,070万m3，设计年供水能力36,376万m3。其中中型水库7座，总库容20,938万m3，，兴利库容12,033万m3，现状年供水能力19,428万m3，设计年供水能力14,449万m3；小（1）型水库39座，总库容14,311万m3，兴利库容9,433万m3，现状年供水能力15,303万m3，设计年供水能力15,566万m3；小（2）型水库88座，总库容3,635万m3，兴利库容2,613万m3，现状年供水能力4,154万m3，设计年供水能力6,125万m3；塘坝31座，总库容162万m3，兴利库容123万m3，现状年供水能力185万m3，设计年供水能力236万m3。按水资源分区统计，东江区蓄水工程60座，总库容11,198万m3，兴利库容7,190万m3，现状年供水能力11,082万m3，设计年供水能力11,848万m3，其中中型水库3座，小（1）型水库16座，小（2）型水库34座，塘坝7座。东江三角洲区蓄水工程105座，总库容27,847万m3，兴利库容17,011万m3，现状年供水能力27,989万m3，设计年供水能力24,528万m3，其中中型水库4座，小（1）型水库23座，小（2）型水库54座，塘坝24座根据上述分析，该市对水利工程的开发比较重视，但过于复杂的水利工程体系，造成管理难度加大，必须通过有效的管理技术方法开展水利工程管理，实现水利工程开发与管理工作齐头并进，提升水利工程的整体效益。

二、水文与水质管理系统的应用

1．水文与水质管理系统的应用模型设计

东莞水利工程中，对水文与水质管理系统开展设计时，是基于系统观点来开展整体思想设计的。该管理系统的每一个模块均需同数据库之间构建完整的结构，并且还需要经每一个接口使数据交换这一常用功能予以实现。管理系统能够利用数据库实现统一化管理，从而使该系统同时具备数据收集处理、数据输入输出、动态数据交换以及数据预览等多功能。管理系统可对收集的原始数据、运算标准、运算结果和动态数据交换设施统一存储，以便开展统一的处理与调控，从而达到数据输出以及数据交换的目的。江库联网工程水文与水质管理系统采用了VB（VisualBasic）开展可视化编程，不仅具备语言运行功能，而且还具备Mapinfo功能，同时系统数据库采用WA（WindowsAccess），对Access数据予以保留，使之与数据库转换程序共同形成统一的管理平台。该平台的主要功能包括数据预览、数据报表生成、数据处理输出等。其包含的数据表有地下水流量监测表、水质监测表、温度监测表等，同时还包括一些基础性资料，对于数据管理还具有删除、查询、修改以及输入等功能，江库联网工程水文与水质管理系统的功能应用模型见图2所示。

2．水文水资源险情的预警功能模块设计

在这一模型之中，可保证在精度任意条件下对任意函数实现，但是其并未对网络构造提供一个可行有效的方法。通过对节点数以及隐藏数进行选取，在该模型之中，节点机理所对应的函数可以表达为：fx=1/（1+e-x-θ）式中，x表示节点的信息；表示节点的阈值。通过该机理函数在此方面开展模型训练，同时采用知识形式将其予以表现。在该模型下，如果水文水资源出现险情预警，且险情预警对象Y包含的样本有n个，则其表达式可表示为：Y={y1,y2,……yn}通过成因分析以及实况分析得知，个样本所对应的m险情预警因子的特征，则针对样本数量n，其特征矩阵如下：mmmmnnxxxxxxxxxX……………………………………212222111211=因m个险情预警因子的物理量之间存在差异，同时在量纲方面也存在差异，并且由于险情预警因子同样本数量之间存在正相关或是负相关的关系，则对应的险情预警因子对象特征可表达为：ai=yi/ymn。其险情预警因子对象Y所对应的样本值格式化向量可以表达为：A=（a1,a2,……,am）。在数据输入模块之中，借助节点i使获取的信息输入到隐藏节点之中，当输入的节点与输出的节点之间等同的情况下，即可表达为：uij=rij。式中，可理解为将节点i之中的信息向隐藏节点输入，为了更加便于描述该隐藏节点，可将其标准向量表达为：S=（s1,s2,……,se）。在隐藏节点之中的机理函数所对应的识别模型可表达为：式中，表示p同h之间连接权重。以险情预警因子结构作为基础，对其计算之后，从而可对江库联网工程之中出现的险情因素实施进一步分析。3．水文水资源的多层次决策优选功能模块设计以整体模型的特征作为依据，对整体模型划分成H层，处于最高层的便是H层，在整体模型层次之中，各层均设置了若干个并列状态下的单元子系统。在该优选流程中，最底层的单元子系统都出现目标特征输入其中。据此能够对第二层决策单元的输出进行计算，以这种方法依次逐层计算，从而得出H层计算结果。以实际经验为依据，对系统节点之间的连接权重进行模拟。依照该向量方案之中的权重大小，可以确定各种方案的优劣，并对优劣程度进行排序，从而实现管理决策的最优化。

4．分析水利工程的效益功能模块设计

经分析系统目标效益，需要在模型中出现的各种随机因素条件下，依照各因素之间存在的约束关系，对江库联网工程的效益结构进行有效构建，具体见图2所示。从图2中可以观察到，江库联网水库在运行中是按照东莞水利工程水文水资源调度规则来进行资源调度的，实现了资源调度的规范化，同时，各水库间也存在一些节点，可以将水利工程区间资源投入到节点之中，从而使联网水库运行中能够将内外部资源进行充分有效地利用，实现资源优化配置，从而对于联网水利工程效益的提升发挥着重要作用，江库联网工程水文与水质管理系统在应用时，可对内外部资源数据进行掌控，而资源调度则是通过该系统操作的，该系统通过观察各类资源的情况，按照资源调度规则适当地将资源进行调度，完成调度后，该系统能够得出各水利工程所耗用的资源量，根据资源量及水利工程产出量综合分析经济效益。

三、水文与水质管理系统在江库联网水库中发挥的重要作用

为了提升江库联网开发与管理的整体效益，该地区在开展水利工程管理工作中应用了水文与水质管理系统，从目前的应用现状来看，该系统在发挥的重要作用突出表现在以下几个方面：

1．实现信息资源的准确收集

江库联网工程在开展日常管理工作中，信息资源的收集属于重点工作，此项工作的主要内容包括水利工程安全信息的记录、工程设计材料记录、工程维修维护记录以及工程加固信息记录等[2]。在信息资源收集时，需要根据东莞市自然环境条件，对水利工程现场的地质地形特征、集水面积以及河流河道的主要特性等方面信息资料开展勘察及比对，根据勘察获取的数据信息，利用该管理系统的计算模块，开展完整、统一的计算。

2．实现水利工程的现场勘测

水利工程在实际运行时，需要对运行状况进行全面勘测，在江库联网工程未采取水文与水质管理系统时期，由于现场勘测的难度比较大，并且需要耗费较多的人力及物力资源，所以水利工程前期管理并未采用水文与水质管理系统，在水利工程管理方面不够全面，尤其是对水利工程现场勘测工作缺乏重视，导致管理方案与工程实际需求不符，对水利工程的运管维护造成不良影响[3]，近年来，江库联网工程在开展运维管理工作中逐渐意识到现场勘测工作的重要性，关注地下水的流量、温度、水位以及水质等方面的勘测[4]，并重视数据化管理，所以采用先进的水文与水质管理系统，实现了水利工程现场勘测效果的提升，为水文水资源管理提供必需的数据支持。

3．实现水文水资源险情的预报

水文水资源险情主要包括洪涝、旱情等，一旦险情突发，则会对工农业生产、人们生活产生严重的危害，甚至会对人们的生命财产安全产生严重威胁。因此，开展水文水资源监测管控的意义重大[5]。江库联网工程采用的水文与水质管理系统能够对蓄水量出现的变化、河流上下游水位差值等数据进行监测和计算，当计算值超出预警标准值后，管理系统会发出安全警报，相关监测人员便能够通过警报了解水文水资源出现的险情，从而采取有效措施对险情的发生予以预防处理，避免因险情发生造成重大事故及损失。

4．实现蓄水位的合理调整

在江库联网工程中，死水位以及蓄水位在常规情况下是不会进行调整的，但在实际运维管理中，需要依照实际情况适当予以调整。蓄水位之所以要进行调整，主要是因水库的总体容量达不到实际需求，在此情况下，既往通常会向上级部门进行汇报，通过上级部门审批后方可进行调整，这种常规流程过于复杂，并且上级部门审批还需要结合实际蓄水位来进行确定，导致审批时间较长，容易出现不可预估的风险，而采用水文与水质管理系统之后，通过该系统能够对水位的变化进行监测，并通过系统平台将监测结果反馈给上级部门，上级部门结合系统监测结果直接审批，从而能够及时快捷地开展蓄水位调整，并且系统监测数据的准确性要高于监测人员通过监测获取的数据，在蓄水位调整的准确性方面更占优势，可实现蓄水位的合理调整。

5．实现计算结果的分析与决策

通过水文与水质管理系统对数据进行计算后，便需要对计算结果展开分析工作，分析内容主要是将计算结果与其数据进行对比，了解两者之间存在的差异，找出两者差异出现的原因，原因分析后便可结合分析结果作出相应的决策，从而保证决策的科学性与合理性。在这一过程中，若要保证决策的科学合理性，必须保证该管理系统监测到的数据信息准确无误，并及时汇入到数据库之中，避免出现数据丢失，为计算结果分析以及决策制定提供有力依据。

四、结语

综上，东莞的经济发展离不开水资源的合理利用，本文通过对江库联网工程建设中采用水文与水质管理系统，可对该地区水利工程的险情预警、决策管理、信息采集整理以及经济效益分析等多个方面进行有效应用，通过研究表明，水文与水质管理系统可实现水资源的优化管理，利于水利工程建设的有效开展，通过该系统的应用，可实现现代化、信息化、科学化水利工程管理，能够推动水利工程的建设和发展。

作者:段守荣 单位:东莞市水务集团