根據我國流域水文水資源特點(diǎn)和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和污染問(wèn)題，需要研究和開(kāi)發(fā)流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統。其重點(diǎn)應放在現有監測站點(diǎn)的調整與完善，水庫運行規則、技術(shù)參數的校核與調整，洪水資源調控與地下水人工回灌，污水處理回用與生態(tài)環(huán)境需水量，防洪與興利統一調度，地表水與地下水資源聯(lián)合運用管理等技術(shù)研究，以及水資源實(shí)時(shí)調度管理方案付諸實(shí)施后效益與風(fēng)險分析、系統的標準化等方面。

　　1概況

　　由于我國獨特的自然地理條件和復雜的水文水資源特點(diǎn)，決定了我國的水資源問(wèn)題比較復雜，雖然各流域經(jīng)過(guò)四、五十年大規模的水利工程建設，取得了巨大成就，但水資源短缺和污染問(wèn)題，不僅沒(méi)有得到根本性的解決，還有日益嚴峻的趨勢。為了更有效地解決或緩解所面臨的“水少、水臟”問(wèn)題，需要深入地分析現狀下墊面條件下的流域水循環(huán)規律和地表水與地下水之間的相互轉化關(guān)系，通過(guò)研究流域水資源實(shí)時(shí)監控管理的基礎理論和技術(shù)方法，開(kāi)發(fā)和建設流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統，以充分利用和挖掘現有水利工程的內部潛力與整體綜合優(yōu)勢，確保流域水資源的合理開(kāi)發(fā)和高效利用，有力地支持社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展。

　　2系統的構成與技術(shù)關(guān)鍵

　　研制流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統的主要目的是，以水利信息化促進(jìn)水利現代化，以水利現代化保障水資源的可持續利用，并以水資源的可持續利用來(lái)支撐社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展。該系統是以水資源實(shí)時(shí)監測系統為基礎，以現代通信和計算機網(wǎng)絡(luò )系統為手段，以水資源優(yōu)化調度和地表水、地下水、污水處理回用、海水（微咸水）及外調水的聯(lián)合高效利用為核心，追求節水、防污、提高水資源利用效率和最終實(shí)現水資源的可持續利用為目標，通過(guò)水資源信息的實(shí)時(shí)采集、傳輸、模型分析，及時(shí)提供水資源決策方案，并快速給出方案實(shí)施情況的后評估結果等，以確保實(shí)現水資源的統一、動(dòng)態(tài)和科學(xué)管理，做到防洪與興利、地表水與地下水、當地水與外調水、水質(zhì)與水量、優(yōu)質(zhì)水與劣質(zhì)水之間聯(lián)合調度與管理，確保水資源與社會(huì )經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調發(fā)展，以支撐社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展。

　　流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統是一種動(dòng)態(tài)的交互式計算機輔助決策系統，由水資源實(shí)時(shí)監測、實(shí)時(shí)評價(jià)、實(shí)時(shí)預報、實(shí)時(shí)管理、實(shí)時(shí)調度、決策會(huì )商、控制和后評估子系統所組成，是基于可持續發(fā)展的思想，根據現代水文水資源科學(xué)的有關(guān)理論，利用當代先進(jìn)的系統分析、人工智能、計算機、多媒體及網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)，通過(guò)有關(guān)專(zhuān)業(yè)模型計算、分析和知識推理、判斷等，為決策者提供流域水資源實(shí)時(shí)管理、調度方案，并允許決策者或專(zhuān)家根據自己的智慧、知識、經(jīng)驗、偏好和決策風(fēng)格等進(jìn)行定性分析與判斷，直接干預方案生成及評價(jià)整個(gè)決策過(guò)程。

　　根據流域水文水資源特點(diǎn)和供用水特征，基于目前流域所面臨的水資源短缺和水環(huán)境惡化問(wèn)題，研究和開(kāi)發(fā)流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統。該系統的技術(shù)關(guān)鍵主要包括：

　�。�1）水資源監測網(wǎng)的調整和完善，河流納污能力及其環(huán)境容量，水庫或水庫群運行規則、技術(shù)參數的校核與調整，洪水資源調控、污水處理回用與地下水人工回灌，污水總量控制與生態(tài)環(huán)境需水量，防洪與興利統一調度，地表水與地下水資源聯(lián)合運用管理等研究，以及水資源實(shí)時(shí)調度管理方案付諸實(shí)施后效益與風(fēng)險分析、系統的標準化等。

　�。�2）該系統由龐大而復雜的基礎數據庫、模型數據庫、結果數據庫、專(zhuān)業(yè)模型庫和知識庫等組成。其特點(diǎn)是系統規模龐大、處理的數據信息量大，模型運算復雜以及數據傳輸接口多，如何實(shí)現信息存儲、加工、傳輸的專(zhuān)業(yè)化管理，是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。流域的水價(jià)政策及水權分配問(wèn)題，也是影響流域水資源合理開(kāi)發(fā)和高效利用以及實(shí)時(shí)、統一管理的關(guān)鍵。

　�。�3）如何建立和完善與現代水資源管理要求相適應的組織機構和高效、精干的執法隊伍，以及如何制定科學(xué)的流域水資源管理規章制度、有關(guān)政策和法規條例等，以保障流域水資源實(shí)時(shí)管理、調度方案的付諸實(shí)施，指導流域水資源開(kāi)發(fā)利用和保護。

　　3管理系統的主要功能

　　流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統的主要功能包括：水資源（及水質(zhì)）的實(shí)時(shí)監測、評價(jià)、預報和決策支持（實(shí)時(shí)預報、管理及調度）以及控制、后評估等（如圖1）。

圖1流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統的功能框圖

　　3.1水資源實(shí)時(shí)監測

　　水資源實(shí)時(shí)監測內容主要包括水情、水質(zhì)、旱情以及其他信息等。在現有監測站網(wǎng)的基礎上，建立和完善統一的水資源（包括大氣降水、地表水、土壤水與地下水）動(dòng)態(tài)監測（站點(diǎn)）網(wǎng)或監測系統（包括雨量、蒸發(fā)、徑流、水位、水質(zhì)、水溫、墑情等監測站點(diǎn)），以及各取水口取水量、開(kāi)采機井抽水量等監測網(wǎng)，各監測網(wǎng)或系統之間互通有無(wú)、資料共享，為水資源的合理開(kāi)發(fā)、高效利用和有效保護及時(shí)快速、準確地提供完備的實(shí)時(shí)監測數據資料。

　�。�1）雨量觀(guān)測。目前采用的雨量觀(guān)測手段主要是普通自記和人工觀(guān)測，為了達到實(shí)時(shí)監測的目的，需要適時(shí)更新現有的觀(guān)測設備，裝配翻斗式雨量計并配備固態(tài)存儲器等，使雨量觀(guān)測工作方式更新為無(wú)人值守，有人看護的觀(guān)測方式，實(shí)現雨量信息的自動(dòng)采集及傳遞。

　�。�2）水位觀(guān)測。水位觀(guān)測分為地表水和地下水兩種，地表水多指河流水位和水庫水位等，而地下水就單指地下水位。

　�、賹τ诨�本水尺在橋梁上（或附近有公路橋）的水位觀(guān)測，特別是含沙量較大的站，建議采用氣介質(zhì)超聲波水位計，再采用有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式將水位信息傳輸到站房。

　�、趯τ谏絽^性河流，或斷面穩定，含沙量較小的水位觀(guān)測，采用測井式水位觀(guān)測，裝配浮子式或壓力式水位計，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式將水位信息傳輸到站房。

　�、鬯畮煺疽话阌凶杂浘�，只對其重新裝配浮子式或壓力式水位計，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式將水位信息傳輸到站房

　�、艿叵滤�位監測目前主要分為手工測繩和自動(dòng)監測儀兩種。自動(dòng)監測儀主要通過(guò)固態(tài)存儲、電話(huà)網(wǎng)傳輸、手機網(wǎng)傳輸和電臺傳輸等方式將實(shí)時(shí)監測到的數據傳輸到中心站。

　　總之，水位監測，建議均裝配與雨量結合的水位雨量固態(tài)存儲器，裝配具有記錄、傳輸、存儲、分析等功能的自動(dòng)監測系統，最終實(shí)現水位遙測自記，自動(dòng)測報等功能。

　�。�3）流量測驗：在各中心站配備不同形式的橋測車(chē)及先進(jìn)的儀器設備，開(kāi)展橋測及周?chē)�地區的巡測；纜道及船測站，對現有設施設備進(jìn)行更新改造，實(shí)現水文纜道程控自動(dòng)化，配備機船，配備先進(jìn)的測驗儀器設備，全面提高流量測驗的精度，充分滿(mǎn)足防汛、抗旱和水資源統一調配的需要。對水庫站現有的水文纜道進(jìn)行維修、改造，實(shí)現水文纜道的程控自動(dòng)化，保證流量測驗的精度要求。

　�。�4）取水口及灌區流量觀(guān)測：對水庫各取水口分明渠和管道兩種，水位主要采用超聲波自記水位計，流量測驗分不同情況，選擇適用的測流設備。而灌區的水位觀(guān)測主要采用超聲波自記水位計等，流量采取不定期電波流速儀率定方式，用水位～流量關(guān)系線(xiàn)推求徑流量。

　�。�5）機井開(kāi)采量實(shí)時(shí)觀(guān)測：地下水開(kāi)采機井抽水量的觀(guān)測，目前一般只有一些機井安裝了水表，大部分機井均未安裝水表。為了能準確取得地下水實(shí)際開(kāi)采量的數據，掌握準確的地下水開(kāi)采量，需要逐步或有重點(diǎn)地在地下水開(kāi)采機井上安裝水表。

　�。�6）水質(zhì)實(shí)時(shí)監測：水質(zhì)污染具有理化成分復雜、多樣和點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，不僅受污染源的大小和數量影響，而且還受汛期洪水、降雨的影響。由于多種因素導致的綜合結果，水質(zhì)參數在成分和時(shí)空上的變化非常復雜。傳統的人工現場(chǎng)水樣采集、化驗方式周期太長(cháng)，難以及時(shí)、準確地反映水質(zhì)變化的性質(zhì)和過(guò)程，所以水資源的開(kāi)發(fā)利用和保護等工作得不到有效監控與科學(xué)的管理。水質(zhì)實(shí)時(shí)監測就是采用水質(zhì)自動(dòng)監測儀器、遠程傳輸設備、在線(xiàn)監控和數據處理軟件，實(shí)現對水質(zhì)參數的連續采集、分析、存儲，并在監測指標超過(guò)污染標準時(shí)，發(fā)出警報，做出污染類(lèi)型分析等。

　�。�7）墑情實(shí)時(shí)監測：主要針對大中型灌區的土壤墑情進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，為適時(shí)、適量的節水高效灌溉提供信息支持。并在條件許可的情況下，探討利用遙感技術(shù)實(shí)時(shí)預報土壤墑情（中小尺度上）的可能性，即利用實(shí)時(shí)遙感信息，根據大中型灌區土壤墑情的實(shí)時(shí)監測數據，通過(guò)與遙感解譯模型進(jìn)行聯(lián)接和耦合計算，實(shí)時(shí)提供整個(gè)流域不同灌區的土壤墑情，為流域節水高效農業(yè)的健康發(fā)展提供可靠的依據。

　　3.2水資源實(shí)時(shí)評價(jià)

　　水資源實(shí)時(shí)評價(jià)主要是指在時(shí)段初對上一時(shí)段的水資源數量、質(zhì)量及其時(shí)空分布特征，以及水資源開(kāi)發(fā)利用狀況等進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和評價(jià)，確定水資源及其開(kāi)發(fā)利用形勢和存在的問(wèn)題等。

　�。�1）水資源數量實(shí)時(shí)評價(jià)：根據雨量、河川徑流、地下水位等實(shí)時(shí)監測資料等，通過(guò)與歷史同期的對比分析，確定和評價(jià)水資源數量及豐枯形勢等。

　�。�2）水資源質(zhì)量實(shí)時(shí)評價(jià)：根據實(shí)測的河流、水庫、引水渠的水質(zhì)實(shí)時(shí)觀(guān)測和地下水質(zhì)實(shí)時(shí)監測資料等，通過(guò)與歷史同期的對比分析，確定地表水和地下水的水質(zhì)狀況及污染態(tài)勢。其主要評價(jià)內容包括：污染程度、范圍及主要污染物，水資源質(zhì)量，重要河流污染負荷及削減量等。

　�。�3）水資源開(kāi)發(fā)利用實(shí)時(shí)評價(jià)：通過(guò)對各取水口取水量、開(kāi)采機井抽水量和地下水位等實(shí)時(shí)監測資料，對供用水量進(jìn)行實(shí)時(shí)評價(jià)，通過(guò)與歷史同期的對比分析，實(shí)時(shí)分析和評價(jià)各種水利工程的供水量、不同行業(yè)的實(shí)際用水量，供用水結構、節水水平，水資源開(kāi)發(fā)利用程度以及當地水資源進(jìn)一步開(kāi)發(fā)潛力，并實(shí)時(shí)圈定地下水的開(kāi)采潛力區、采補平衡區和超采區等。

　　3.3流域水資源實(shí)時(shí)預報

　　水資源實(shí)時(shí)預報主要包括來(lái)水預報和需水預報兩部分，來(lái)水預報又分為水量預報和水質(zhì)預報。水量預報包括地表水資源量預報和地下水資源量預報，地表水資源量預報既可細分為當地水和外來(lái)水（包括引調水）預報，又可分為汛期徑流預報和枯季（非汛期）徑流預報。需水預報分為工業(yè)、農業(yè)、生活和生態(tài)環(huán)境需水量預報。

　�。�1）河川徑流量實(shí)時(shí)預報。根據河川徑流的形成機理和產(chǎn)流規律，將河川徑流量實(shí)時(shí)預報分為汛期徑流實(shí)時(shí)預報和枯季徑流實(shí)時(shí)預報兩種。汛期產(chǎn)匯流機制主要是超滲產(chǎn)流和蓄滿(mǎn)產(chǎn)流、超滲與蓄滿(mǎn)綜合產(chǎn)流模式：而枯季徑流主要是遵循流域的退水規律。因此，汛期徑流實(shí)時(shí)預報模型與枯季徑流實(shí)時(shí)預報模型是不同的，需要分別建立預報模型對汛期徑流量和枯季徑流量進(jìn)行實(shí)時(shí)預報。

　�。�2）地下水資源量實(shí)時(shí)預報。首先分析地下水的形成規律和補給、徑流、排泄條件，以及地下水的賦存規律；然后根據抽水試驗等確定含水層的參數分區，并利用試驗資料和長(cháng)觀(guān)資料確定有關(guān)水文地質(zhì)參數；最后利用均衡法或數學(xué)模擬模型法，分析和預報地下水資源量、可開(kāi)采量及地下水動(dòng)態(tài)分布。

　�。�3）水質(zhì)實(shí)時(shí)預報。利用獲得的實(shí)時(shí)水質(zhì)監測和污染物排放量等信息，通過(guò)所建立的水質(zhì)實(shí)時(shí)預報模型，實(shí)時(shí)預報地下水與地表水水質(zhì)狀況、污染物類(lèi)型、污染范圍及污染程度，及時(shí)提供水資源污染態(tài)勢等信息。

　�。�4）需水量實(shí)時(shí)預報。根據需水量預報要求，本次將需水門(mén)類(lèi)分為生活、工業(yè)、農業(yè)、生態(tài)環(huán)境等四個(gè)一級類(lèi)，每個(gè)一級類(lèi)可以再分成若干個(gè)二級類(lèi)和三級類(lèi)。根據具體情況和需要，還可以再細分為四級類(lèi)。根據上述分類(lèi)方法，可比較容易地合并有關(guān)各需水項，獲得需水量過(guò)程。

　　3.4水資源實(shí)時(shí)決策支持

　　水資源實(shí)時(shí)決策包括水資源實(shí)時(shí)預報、水資源實(shí)時(shí)管理和調度，以及決策會(huì )商等。

　�。�1）水資源實(shí)時(shí)預報。對于水資源實(shí)時(shí)預報，尤其是汛期徑流預報和需水預報，由于受到諸多非確定性因素的影響比較大，很難準確預報，因此需要專(zhuān)家的會(huì )商支持、吸收和借鑒領(lǐng)域專(zhuān)家的知識和經(jīng)驗，以便較準確地預報和確定未來(lái)的來(lái)水與需水過(guò)程等。

　�。�2）水資源實(shí)時(shí)管理。利用水資源實(shí)時(shí)評價(jià)和實(shí)時(shí)預報結果等，通過(guò)水資源實(shí)時(shí)管理模型計算，結合領(lǐng)域專(zhuān)家或決策者等積累的知識、經(jīng)驗和偏好，分水協(xié)議、水價(jià)政策的經(jīng)濟調節作用等進(jìn)行綜合分析，最后提出水資源的實(shí)時(shí)管理方案，為水資源的合理開(kāi)發(fā)利用和保護等提供決策依據，為水行政主管部門(mén)科學(xué)地行使其監督和管理職能提供支持，以確保水資源的可持續利用。

　�。�3）水資源實(shí)時(shí)優(yōu)化調度。通過(guò)前面制定的年度內水資源管理方案，確定水資源優(yōu)化調度的規則和依據；根據各時(shí)段水資源的豐枯情況和污染態(tài)勢，通過(guò)建立水資源優(yōu)化調度模型，確定水資源實(shí)時(shí)調度方案。

　�。�4）水資源決策會(huì )商。決策會(huì )商是指通過(guò)對實(shí)時(shí)、歷史和預報、管理與調度的各類(lèi)信息進(jìn)行重組和加工處理，為討論和分析水資源的豐枯形勢和污染態(tài)勢，以及最終確定水資源實(shí)時(shí)管理和調度方案提供全面的支持。根據利用水資源實(shí)時(shí)管理模型和調度模型確定的若干管理、調度方案，以及提供的每一種方案的綜合效益分析結果，領(lǐng)導決策層和領(lǐng)域專(zhuān)家，通過(guò)全面分析對比和協(xié)商、討論，如認為其中一個(gè)方案合適則選擇之，并付諸實(shí)施。如認為必須進(jìn)一步做新的方案，則通過(guò)水資源實(shí)時(shí)管理、調度系統，計算和提出新的管理、調度預案，供決策者對新老方案進(jìn)行對比和選擇。

　　總之，在面臨重大的水資源決策時(shí)，決策會(huì )商機制顯得非常重要，有關(guān)利益沖突的各方，可以根據所提供的各種預案，包括水資源實(shí)時(shí)預報方案、實(shí)時(shí)管理預案和實(shí)時(shí)調度預案，分析其優(yōu)劣，進(jìn)行協(xié)商，確定能為有關(guān)各方所接受的方案。

　　3.5 遠程自動(dòng)控制

　　控制可分為手工控制和自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制等，主要是對重要的取水口和開(kāi)采機井、引水閘門(mén)等的控制。根據需要和可能，有重點(diǎn)和有選擇地建立一些遠程自動(dòng)控制系統是必要的，也是將來(lái)的一種發(fā)展方向。

　　3.6 監控管理后評估

　　為了不斷改進(jìn)和完善系統的各項功能，需要對系統的重點(diǎn)功能進(jìn)行后評估。主要內容包括：針對水資源實(shí)時(shí)調度、管理方案的合理性、實(shí)施效果以及預報方案的準確性、控制情況等進(jìn)行評估，重點(diǎn)分析導致調度、管理方案不合理和效益不好、預報不準確的原因等。

　　最后，將研制的有關(guān)部分內容和功能模塊進(jìn)行集成，最終建立一套較完整的基于GIS的水資源實(shí)時(shí)監控管理系統，并進(jìn)行試運行；通過(guò)系統的試運行不斷進(jìn)行修改和完善，最后正式交付使用，并保證系統能夠穩定運行。

　　4 結束語(yǔ)

　　我國經(jīng)過(guò)四五十年的不懈努力，無(wú)論在水利工程建設、水資源科學(xué)研究，還是在計算機、水文監測、通訊與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和水資源管理體制、政策法規建設等方面，均取得了巨大成就。隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷加快，水資源短缺和水污染問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越成為制約我國社會(huì )經(jīng)濟可持續發(fā)展的瓶頸，引起了我國各級政府的高度重視和社會(huì )各界的廣泛關(guān)注。因此，水利部在新世紀來(lái)臨之際調整了治水思路，提出了“資源水利、現代水利和可持續發(fā)展水利”的概念，要求把水資源開(kāi)發(fā)利用與社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護緊密結合起來(lái)進(jìn)行統籌規劃與綜合考慮，在重視水資源開(kāi)發(fā)、利用、治理的同時(shí)，更加注重水資源的合理配置、節約和保護，切實(shí)改變過(guò)去“重建設、輕管理”的做法，要在重視工程措施的同時(shí)，特別強調和重視非工程措施，強調科學(xué)管理。相信隨著(zhù)國家經(jīng)濟實(shí)力的進(jìn)一步增強和投資的不斷加大，我國流域水資源實(shí)時(shí)監控管理系統一定會(huì )在兩個(gè)省級（遼寧省和江蘇�。┖腿齻�(gè)流域級（海河流域、黃河流域和太湖流域）試點(diǎn)、示范工作的帶動(dòng)下，逐步得到推廣和完善，為我國水資源優(yōu)化配置和科學(xué)管理真正提供一個(gè)強有力的工作平臺。