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文档简介

1、1、我国水利信息化发展历程1975年淮河大水后,我国加强了传递水情的无线通信设施的建 设,并在少数重点防洪地区和大型水库开始研究和建立水文自动测报 系统,及时传递有关信息。浙江省水文总站从1976年开始研制一对一点无线电遥测水位、 雨量仪。自1976年开始,在电子工业部门和各级政府的大力支持及 水利部门积极努力下,于全国范围内掀起了防汛专用通信系统建设的 热潮。在短短的几年中,各流域机构和大部分省、市先后组建了不同 规模以短波通信为主体的无线应急通信网络,并逐步形成覆盖水利部 (国家防总)至流域机构和省、市、县多层次的水利专用通信体系, 有效地改善了防汛通信条件,不同程度地提高了防汛应急通信的

2、能力, 为以后的防汛专用通信系统和水利信息化的建设和发展奠定了良好 的基础。1978年浙江水文总站在浦阳江流域建成了第一个无线电水情自 动测报系统。1980年研制成功吉林拉林河一对二十点水文自动测报系统。1982年后,逐步推广运用电子计算机,并在黄河三门峡至花园 口间建立自动遥测联机实时洪水预报系统,改进了以三花间预报为重 点的全部预报方法,提高了预报精度。天气预报也建立了卫星云图, 测雨雷达及各种气象信息自动接收处理系统,并开始研究建立专家系 统,改进预报方法,提高了预报准确率。黄河的水文、天气预报已开 始接近国际先进水平。1983年电子部第七、第14等研究所、北京大学与长江委、黄委 合作,

3、以微机作为主控,以微电子技术和通讯技术作为基础,研制成 功我国水利部门最先进的水文自动测报系统有关设备。1984年,松花江支流拉林河水文自动测报系统在实验研究的基 础上,开始运行。1984年海河于桥水库建成可采集雨量、水位的水 文自动测报系统较人工测报超前了 4-6小时。1985年,长江支流陆水流域引进美国水文遥测设备,建立了水 文自动测报系统,结束了以往话报方式传递水文信息及水文预报的手 算方式。使水文数据远程自动的实时输入微机,快速进行产、汇流计 算,更有利于陆水水库的洪水预报及调度,既保证大坝及其下游安全, 又减少了上游库区洪灾损失,社会经济效益显著。1986年颁布了水文自动测报系统规范

4、。它主要针对单个流域(或 段)的系统而制定。浙江省乌溪江水力发电厂1986年建成自动测报 系统。1987年淮河流域开始正阳关以上流域水文自动测报系统建设, 该系统覆盖范围近6万平方公里。1987年3月在水电部科技司召开 的“小流域水文自动测报系统技术规格审查会”上,对可靠性问题进 行了热烈的讨论。1987年5月科技司委托有关单位为配合水文自动 测报系统的国产化进程,提供系统设备可靠性指标分配方案。该年水 电部水调中心牵头组织了全国较有代表性的科研院所组成水文自动 测报技术攻关项目组,以实现水文自动测报系统设备国产化为目标, 并以淮河正阳关以上流域和黄河洛河流域为试点建设区,建设全部采 用国产化

5、设备的水文自动测报系统。1987年,富春江水力发电厂与 浙江省水文部门联合,在富春江流域投入一套由欧洲共同体(欧洲联 盟)研究开发的流域水情自动测报、防洪系统。该系统与1988年9月 完成建设。1991年广东中山市水文遥测系统开始组建,当年建成投产12个 水位、雨量自动测报站。十年来已建成7个中心站、2个中继站、80 多个信息自动采集站点的水文遥测系统。1992年在江西省昌江流域进行水文测报自动化的试点,1993年 昌江流域水文自动测报系统建成投入使用,在当年的大洪水中就发挥 了巨大的社会效益。1992年哈尔滨市西泉眼水库工程建设指挥部委 托黑龙江省水文总站设计和施工,建立一个以西泉眼水利枢纽

6、为中心, 收集上游雨情、水情的水文自动测报系统,该系统于1995年7月全 部建成。1994年水利部重新修订1986年制定的规范,发布了水文自动 测报系统规范Sl,61 94,并将其指定为水利行业强制性标准,自 1994年5月1日起实施。规范中对以基本系统为节点的水文自动测 报网的组网也作了规定。1994年8月阿什河流域发生较大洪水,当 时部份完工的水文自动测报系统即开始发挥作用,及时向防汛部门提 供了雨情、水情,使主体施工的现场人员、物资及时撤离、搬迁,从 而避免了人身伤亡并减少损失数百万元。1995年之后,四川省水文局重点实施了水文自动测报系统的建设,通过自动数据采集传感器、无线(超短波、短

7、波、卫星)和有线 通信信道,以及计算机和网络设备,加强了一线监测站的自动测报, 提高了自动化、现代化水平。河南石漫滩水库水文自动测报系统建成。1996年以X.25为通信线路建成了淮河正阳关以上流域水文自动 测报系统计算机广域网络,采用分布式数据库技术传输处理遥测数据, 各分中心建立了 WindowsNT平台的本地SQL Server遥测数据库。到 1996年全国防汛通信投资累计已达10亿元。全国已建成水文自动测 报系统200余处。1997年,颁布了由南京水利水文自动化研究所主编的中华人民 共和国行业标准水文自动测报系统通信电路设计规定SL199-97。 天津市塘沽区防汛水文自动测报系统投入运行

8、。1997年,在“小浪 底水情自动测报系统”项目建设中引进了丹麦遥测系统卫星通信设 备(TT-3020),实施后可实时监测“三小间”水雨情信息,不仅能及 时分析暴雨特性、提高降雨预报的精度,而且能直观地了解到雨量分 布情况、变化趋势和暴雨的路径,做出该区间的洪水预报成果,已 取得了明显的经济社会效益。自动测报系统的建设,还解决了那些暴 雨中心、设站不足或对洪水预报影响较大的地区的资料测报问题。1999年4月由中国水利水电科学研究院自动化研究所研制的卫 星水情自动测报系统在富春江水力发电厂正式投入使用。2000年投资近200万元建成了大庆地区明青坡地水文自动测报 系统,大大提高了防洪工程预报调度

9、的精度和速度。淮河沂沐泗水系 水情遥测系统建成。2001年广西武思江水库计划在再投资80万元,进一步完善水文 自动测报系统,在灌区内增设31个水文自动测报点,并建成水文自 动测报中心,对灌区供水进行更加科学的管理。2001年11月在北京 水利部门和北京通讯与导航系统有限公司合作下,完成的怀柔水库水 情测报系统投入运行。该系统为利用卫星的水情自动测报系统。2003年颁布了水文自动测报系统技术规范.SL61-2003。浙 江省温岭市水文自动测报系统(二期)6月建成。截至2004年6月,完成了陕西渭洛河各库区水文自动测报系统。 山东水文总站研制成功GPRS无线与PSTN有线双保险的新一代报汛数 传系

10、统。2005年长江水利委员会实现了 118个水文报汛站的全自动测报。 在2005年前,我国水文站建设基本达到国家规定的防洪标准,完成 站队结合建设任务,对符合条件的水文站全部实现巡测;完成防汛水 文自动测报系统建设,建成水文信息传输、处理、存储、服务一体化 的水文信息服务系统,基本实现水文现代化。2006年湘水流域自动测报系统建设基本完成,并投入试运行。 湖北省武汉黄石水文局水雨情自动测报系统开始试运行。截至2006 年底,安徽全省12座大型水库,已有9座建设了自动测报系统,全 部采用超短波信道组网。2007年浙江省大型及重要中型水库水情自动测报系统第二信道 顺利通过验收。完成安徽全省10个水

11、情分中心建设任务,全省水文 自动测报网络体系基本建成,水文信息化水平和防汛抗旱服务能力得 到很大提升,并已在2007年淮河大洪水中发挥重要作用。2007年开 始河北省雨情报汛全部采用自动测报系统。7月辽宁省水情自动测报 系统移动通信系统初步验收。珠江委水文局珠江重点水文站、重要水 库报汛站和水情测报系统等项目已经完成。2、水利信息化的应用“新技术”引入到水利行业,推动者水利信息化的发展,但是“新 技术”包含的范围非常广泛,并且是随着整个技术领域的进步而同步 发展的。凡是能够运用到水利行业中,减轻水利勘测、设计、计算和 管理成本,提高工作效率的先进技术,都促进了这个传统和老旧行业 的发展。这些先

12、进的技术包括但不限于,自动控制技术,通信技术, 计算机技术,数据库技术,还包括地理信息系统(GIS),遥感(RS), GPS技术。个人认为,整个水利行业(领域)的信息化,包括以下几 个方面。(1)水利自动化,主要是指雨量、水位、水质等水文要素的自 动测报,水库大坝、闸门等水利设施的自动监测和控制,水利发电站 的实时监控等等。举个例子,在过去,测量流量、水位等数据一般都 要扛着仪器到现场施测,一次来回要花很长时间。或者在需要测量的 地方建设专门的水文站,由工作人员驻守,定期施测。人员成本高不 说,测量周期也很长,数据常常不能及时上报,使短时洪水预报十分 困难。建设自动测报站,利用卫星或GPRS通

13、信技术(早期用短波通 信等等),可以迅速获得每510分钟的水文数据,方便快捷不说,在 人工难以施测的恶劣天气下,机器仍能照常工作。这对于提高水文预 报准确度来说,是极为重要的。水利自动化是整个水利信息化的基础 工作,是水利水文数据的重要来源,也是防灾减灾的重要手段。(2)水利管理信息化主要是指水资源管理,水行政管理,水利 基础信息发布,农业节水管理,水利单位的日常办公信息化,水利施 工管理信息化。水资源管理是水利工作中的重要方面,长期以来受制 于缺乏有效及时的统计数据和管理手段。信息化的管理方式使得取用 水许可,水资源分配都极为方便直观和高效。在城市供水方面,管理 人员可以方便的查询各水源地的

14、水资源储量及水质状况如何,从而决 定水资源供给量及调配方式。水行政管理是属于政务信息化的范畴, 主要是提高政府单位的执政效率。具体说来,就是水行政执法,水污 染事件的处理都搬到网上。比如某个人想要建设一项与水利有关的工 程,诸如修建水塘等等,可以直接在网上申请,水利部门通过调查之 后直接在网上批复,项目就可以建设了。基于互联网的水利基础信息 发布对于推动水利和水文数据的共享作用巨大。在很长一段时间内, 水文数据的共享都是通过各水利部门每年发布水文年鉴来实现的,编 制水文年鉴要耗费大量的人力成本,而且,纸质的水文年鉴也不利于 数据的利用。一般来说,某个人或某个单位需要水利数据时,便需要 向水利部

15、门购买水文年鉴,但是纸质的水文年鉴对于大多数使用计算 机的业务来说明显落后了,工作人员往往还需要把数据录入计算机才 能使用。我有个研究生同学曾经就花了好几天时间啥也不干就把纸质 水文年鉴的数据录入计算机当中,浪费力气不说,还严重拖慢的研究 的进度。当然,如今水利基础数据的发布也并不乐观,大量数据还是 得不到有效的共享和利用,其原因我后面还会讲。3、防灾减灾水库溃坝模拟,洪水风险分析,山洪灾害的自动监 测和预警。4、水工设计及水文计算软件计算机作为人类脑力的延伸,可以 帮助人们完成很多基础性的计算工作。比如水文水利计算,工程造价 计算,水文资料的整编等等。国内的“青山软件”在水利工程造价和 工程

16、管理方面有很多软件产品。水工设计方面的软件也比较多,没用 过,不多说。大规模的复杂数值模拟计算有赖于高质量的专业软件的 研发,遗憾的是,国内复杂的软件环境导致这些专业软件并不成功, 水利行业使用的大多数软件还有赖于国外的产品。简单介绍几个在水 利领域中经常用到的模拟计算软件。MIKE软件是丹麦水资源及水环 境研究所(DHI)的产品。DHI是非政府的国际化组织,基金会组织 结构形式,主要致力于水资源及水环境方面的研究,拥有世界上最完 善的软件、领先的技术。被指派为WHO( The World Health Organization)水质评估和联合国环境计划水质监测和评价合作中心 之一。MIKE软

17、件是做水动力学和水环境数值模拟软件,它有一系列 的产品。软件的功能涉及范围从降雨f产流f河流f城市f河口f近 海一深海,从一维到三维,从水动力到水环境和生态系统。例如,做 流域大范围水资源评估和管理的MIKEBASIN,地下水与地表水联合模 拟计算的MIKESHE,一维河网计算的 MIKE11,城市供水系统的 MIKENET和城市排水系统的MIKEMOUSE,二维河口和地表水体模拟 计算的MIKE21,直到深海的三维模拟计算的MIKE3。MODFLOWMODFLOW 是英文 Modular Three-dimensionalFinite-differenceGround-water Flow

18、Model (模块化三维有限差分地下水流动模型) 的简称。它是一套用于孔隙介质中地下水流动数值模拟的软件。自打 问世以来,MODFLOW已在全世界范围内的科研、生产、工业、司法、 环境保护、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛 的应用。它已经成为目前世界上最为普及的地下水运动数值模拟的计 算机程序。5、其他物联网,云计算,大数据应用物联网是近来炒得比较热的高科技名词,不过最近几年被后面两者盖过了风头,甚 至有些人觉得这一技术是不是有些过气儿了。但是,在水利领域,他 依然有很大的发展空间。什么是物联网呢,简单说来就是利用局部网 络或互联网等通信技术把各种机器、人员和物等通过新的方式联在一 起,形成人与物、物与物相联,实现信息化、远程管理控制和智能化 的网络。在水利领域,“物”的概念具有明显的特征,一般是指水文 测站,大坝闸门等水利工程设施,泵站河道等水利传输设备,以及家 庭水表等终端用水设施。把这些设施连在一起,套用物联网的概念, 形成了水利领域中的“水联网”。刚刚在讲“水利自动化”的时候涉 及到了一些,但是明显这和水联网或者说物联网不是同一个级别的, 可以这么说,“水利自动化”只是“水联网”在实际应用中很小的一 个方面,而“水联网”,则是在此基础上的数量和质量上的飞跃。首 先是数量上的飞跃,水利自动化是局部的测站实现自动监测和控制,

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