鄭偉
摘 要:隨著社會經(jīng)濟的繁榮發(fā)展,水環(huán)境問題受到社會各界的廣泛關(guān)注。本文圍繞融合人工智能的水源保護系統(tǒng)展開研究,希望可以為該領(lǐng)域提供一定的參考。
關(guān)鍵詞:融合人工智能;水源保護系統(tǒng);中線工程智能調(diào)控技術(shù)
在社會高速發(fā)展的21世紀(jì),人類的生產(chǎn)娛樂活動呈現(xiàn)不斷增多的趨勢,導(dǎo)致垃圾數(shù)量也與日俱增,由于環(huán)保處理垃圾需花費高昂的成本,所以在處理垃圾的過程中,往往選擇倒入河中或填埋的方式,造成水面漂浮物越來越多的現(xiàn)象,直接對水質(zhì)帶來不利影響,水生生物的生存環(huán)境越來越惡劣,導(dǎo)致人類賴以生存的家園受到嚴(yán)重威脅[1]。因此,制定良好的水源保護系統(tǒng)迫在眉睫。
一、中線工程智能調(diào)控技術(shù)研究進展
(一)預(yù)報
從預(yù)報的角度來看,在控制模型與調(diào)度方面其均具有重要意義,屬于這兩者的前提條件。預(yù)報所涵蓋了三方面的內(nèi)容,其一為氣象;其二為水文;其三為徑流預(yù)報。彭濤針對漢江丹江口流域暴雨洪澇災(zāi)害的相關(guān)內(nèi)容進行研究,為此方面預(yù)報能力的提高打下堅實的基礎(chǔ),并分析漢江丹江口流域水文氣象預(yù)報系統(tǒng)有無疏漏之處,促使流域的防洪減災(zāi)存在可參考的內(nèi)容 [2]。針對丹江口水庫的洪水預(yù)報模型,孔祥林等對其展開了研究。雷曉輝與孫月分析當(dāng)氣候出現(xiàn)種種波動的時候,丹江口水庫入庫徑流是否還可以保持原有的穩(wěn)定性,如果出現(xiàn)變化,其變化是否存在規(guī)律。王元超構(gòu)建了合理的中長期徑流預(yù)報模型,并在EFDC模型中融入該模型鎮(zhèn),使兩者之間實現(xiàn)耦合,防止在預(yù)測整體的過程中存在較大難度,包括丹江口水質(zhì)變化、水動力等。并且雷曉輝等主要參照了南水北調(diào)中線受水區(qū),有效構(gòu)建了分布式水文模擬模型。
(二)模擬
從模擬模型的角度分析,其屬于調(diào)度、運行決策的前提條件。王開等主要應(yīng)用的手段即是模型,進而有效了模擬中線總干渠糙率的變化;馬吉明等開展了水槽試驗,分析當(dāng)糙率出現(xiàn)波動時,中線干渠輸水是否會出現(xiàn)波動。對于模擬試驗的最終結(jié)果,王光謙等開展了整體分析,并從中獲取了中線干渠的糙率合適取值;針對橋梁發(fā)生的各種變化,陳文學(xué)等進行了相關(guān)研究,目的是了解中線渠道水流形態(tài),觀察其是否具有穩(wěn)定性,是否會對渠道過水能力造成嚴(yán)重影響;針對當(dāng)前冰期輸水模擬模型的研發(fā)工作,穆祥鵬等現(xiàn)已有效完成;對于中線冰期輸水過渡的過程;范北林等展開了全方面的分析,進而在過渡之前就可有效估測出中線冰期輸水渠道冰情的發(fā)展情況 [3];劉國強將模擬試驗、數(shù)值模擬等作為主要的應(yīng)用方式,并對中線冰期輸水能力的保持程度有效掌控。
(三)控制
控制在調(diào)度目標(biāo)實現(xiàn)的過程中占據(jù)著舉足輕重的位置。根據(jù)常規(guī)控制的主要算法,可將其分為“前饋”控制算法和“反饋”算法,其中前者的算法存在較高的難度,主要是采用蓄量對其進行補充,進而降低渠池的水位波動率,但該種方法,很難計算出中線閘前常水位運行的程度;而對于“反饋”算法,該算法中主要強調(diào)了集中控制算法,使其與渠道模型產(chǎn)生緊密聯(lián)系。尚毅梓在中線渠道中應(yīng)用了魯棒控制算法,依據(jù)相關(guān)實驗結(jié)果了解到,通過閘門魯棒算法的作用,可對失衡問題進行有效掌控。
二、亟需攻克和解決的技術(shù)難題
(一)變化環(huán)境下水源水庫水資源多目標(biāo)調(diào)度技術(shù)
現(xiàn)如今,與以往的設(shè)計相比,水源區(qū)條件出現(xiàn)了不同程度的改變,中線通水完成后,又全面規(guī)劃了很多大型調(diào)水工程,進而影響了丹江口水岸的調(diào)度情況。根據(jù)氣候變化的情況,可有效改變水源區(qū)水量調(diào)度的目標(biāo),而且也會影響到水源區(qū)的整體情況。并且,在輸配水的整個階段里,存在著許多人們無法預(yù)料的風(fēng)險因素,比如水華、污染等。所以,必須提高對新情況的重視程度,進而有效掌握影響中線工程的各種因素,具體如下:其一,以漢江流域水循環(huán)機理為主要的研究對象,分析在瞬息變化的環(huán)境中其是否會產(chǎn)生變化,并分析水源區(qū)水資源可利用量是否會受到氣候變化的影響;其二,完成水污染事件風(fēng)險評估模式的建立,提前分析有多大概率會出現(xiàn)水污染;其三,在研發(fā)過程中,可根據(jù)水源區(qū)水庫群水資源多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度模型,明確研發(fā)方案。
(二)變化條件下受水區(qū)多水源聯(lián)合調(diào)度技術(shù)
自從“最嚴(yán)格水資源管理制度”出現(xiàn)在人們的視野后,中線受水區(qū)用水結(jié)構(gòu)難以保持原有的穩(wěn)定性,產(chǎn)生多種變化,為等非常規(guī)水資源利用效率的提高提供了廣闊空間,避免受水區(qū)過于依賴外調(diào)水,有些省份充分認識到中線工程通水的重要性,利用這一契機,將超采區(qū)的地下水的壓采工作真正落地,促使該省份外調(diào)水的需調(diào)水量得到顯著增加,所以分析這些變化條件具有實際意義,主要涵蓋了以下幾方面內(nèi)容:其一,評估“最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法”對外調(diào)水使用量的影響,分析“考核辦法”實施前后受水區(qū)用水量和用水習(xí)慣的變化[4];其二,研究非常規(guī)水利用是否會對外調(diào)水使用量帶來干擾,針對受水區(qū)的用水結(jié)構(gòu)變化進行量化分析;其三,針對受水區(qū)水源轉(zhuǎn)換對超采區(qū)地下水恢復(fù)影響進行多角度、多方位的評估;其四,依據(jù)實際情況完成受水區(qū)多水源聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度模型的建立,給與調(diào)度和分水方案強有力的保障。
(三)總干渠冰水污染多相多過程耦合模擬技術(shù)
由于諸多污染物存在于中線干渠中,由此破壞了中線復(fù)雜水力建筑物原有的穩(wěn)定性,加大了追蹤溯源的難度。為了從源頭上解決冰害問題,必須針對氣候影響進行全面分析,針對冰期冰凌形成原理進行持續(xù)完善,并完成冰情發(fā)展過程的模擬工作,所以需從以下幾方面入手:其一,基于渡槽和橋梁對明渠輸水過程的影響因素,展開全面的研究和分析,同時研制出精細化模擬水流形態(tài)的耦合模擬模型[5];其二,在研發(fā)過程中,應(yīng)參照水動力學(xué)模型參數(shù)的在線辨識技術(shù),促使水動力模型可以及時了解到數(shù)據(jù)的種種變化,將其作為參考重點,從而針對參數(shù)進行相應(yīng)調(diào)整,由此不但能提升模擬計算的準(zhǔn)確性,還能為其提供更多的保障;其三,在研發(fā)過程中,應(yīng)根據(jù)實際情況,不斷對多模擬模型集成耦合技術(shù)進行完善,進而獲得最為新進的技術(shù),同時不斷分析模型的快速求解技術(shù),有助于研發(fā)工作的開展,確保在線實時模擬可得到順利實現(xiàn)。
三、結(jié)論
中線工程具備的諸多特點都會對中線調(diào)度控制和運行管理造成影響,所以,必須對這些技術(shù)難點展開全面的研究,有效構(gòu)建相關(guān)掌控平臺。另外,研究過程中,必須按照五個重點環(huán)節(jié)實行,即“預(yù)報-模擬-調(diào)度-控制-評價”,并且研發(fā)主要包含諸多技術(shù),即閘泵群自動化控制、渠道污染擴散分析等等,涵括工程的調(diào)水方案編制到實時閘門操作的整個流程上的科學(xué)問題。解決這些關(guān)鍵技術(shù)難題和科學(xué)問題,將有助于最大發(fā)揮中線工程的綜合效益。
參考文獻:
[1]《呼倫貝爾市集中式飲用水水源保護條例》問題解答[N]. 呼倫貝爾日報,2020-05-30(003).
[2] 鄔昕彤,鄔俊才.大伙房水庫上游人工水源涵養(yǎng)林功能提升淺析[J].遼寧林業(yè)科技,2019(06):55-57.
[3] 劉娜娜,張希金,達良俊.間伐對人工水源涵養(yǎng)林碳儲量及其垂直分布的影響[J].西北林學(xué)院學(xué)報,2016,31(05):29-36.
[4] 溫成成,黃廷林,李楠,張海涵,林子深,李衍慶,楊尚業(yè),董亞軍.人工強制混合充氧及誘導(dǎo)自然混合對水源水庫水質(zhì)改善效果分析[J].環(huán)境科學(xué),2020,41(03):1227-1235.
(南陽師范學(xué)院科研項目“融合人工智能的南水北調(diào)渠首段水源保護關(guān)鍵技術(shù)研究”階段成果之一,項目編號2020QN006)
(南陽師范學(xué)院)