鄭偉

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，水環(huán)境問題受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。本文圍繞融合人工智能的水源保護(hù)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(hù)系統(tǒng);中線工程智能調(diào)控技術(shù)

在社會(huì)高速發(fā)展的21世紀(jì)，人類的生產(chǎn)娛樂活動(dòng)呈現(xiàn)不斷增多的趨勢(shì)，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(fèi)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(duì)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(hù)系統(tǒng)迫在眉睫。

一、中線工程智能調(diào)控技術(shù)研究進(jìn)展

（一）預(yù)報(bào)

從預(yù)報(bào)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(bào)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(bào)。彭濤針對(duì)漢江丹江口流域暴雨洪澇災(zāi)害的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，為此方面預(yù)報(bào)能力的提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并分析漢江丹江口流域水文氣象預(yù)報(bào)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(duì)丹江口水庫(kù)的洪水預(yù)報(bào)模型，孔祥林等對(duì)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(dòng)的時(shí)候，丹江口水庫(kù)入庫(kù)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(zhǎng)期徑流預(yù)報(bào)模型，并在EFDC模型中融入該模型鎮(zhèn)，使兩者之間實(shí)現(xiàn)耦合，防止在預(yù)測(cè)整體的過程中存在較大難度，包括丹江口水質(zhì)變化、水動(dòng)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(yùn)行決策的前提條件。王開等主要應(yīng)用的手段即是模型，進(jìn)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(yàn)，分析當(dāng)糙率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，中線干渠輸水是否會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。對(duì)于模擬試驗(yàn)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(duì)橋梁發(fā)生的各種變化，陳文學(xué)等進(jìn)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(huì)對(duì)渠道過水能力造成嚴(yán)重影響;針對(duì)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(duì)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(jìn)而在過渡之前就可有效估測(cè)出中線冰期輸水渠道冰情的發(fā)展情況 [3];劉國(guó)強(qiáng)將模擬試驗(yàn)、數(shù)值模擬等作為主要的應(yīng)用方式，并對(duì)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(shí)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(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)而降低渠池的水位波動(dòng)率，但該種方法，很難計(jì)算出中線閘前常水位運(yùn)行的程度;而對(duì)于“反饋”算法，該算法中主要強(qiáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果了解到，通過閘門魯棒算法的作用，可對(duì)失衡問題進(jìn)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(kù)水資源多目標(biāo)調(diào)度技術(shù)

現(xiàn)如今，與以往的設(shè)計(jì)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(jìn)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(huì)影響到水源區(qū)的整體情況。并且，在輸配水的整個(gè)階段里，存在著許多人們無法預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)因素，比如水華、污染等。所以，必須提高對(duì)新情況的重視程度，進(jìn)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(jī)理為主要的研究對(duì)象，分析在瞬息變化的環(huán)境中其是否會(huì)產(chǎn)生變化，并分析水源區(qū)水資源可利用量是否會(huì)受到氣候變化的影響;其二，完成水污染事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模式的建立，提前分析有多大概率會(huì)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(kù)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(rèn)識(shí)到中線工程通水的重要性，利用這一契機(jī)，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(shí)際意義，主要涵蓋了以下幾方面內(nèi)容：其一，評(píng)估“最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法”對(duì)外調(diào)水使用量的影響，分析“考核辦法”實(shí)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(huì)對(duì)外調(diào)水使用量帶來干擾，針對(duì)受水區(qū)的用水結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行量化分析;其三，針對(duì)受水區(qū)水源轉(zhuǎn)換對(duì)超采區(qū)地下水恢復(fù)影響進(jìn)行多角度、多方位的評(píng)估;其四，依據(jù)實(shí)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(qiáng)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(duì)氣候影響進(jìn)行全面分析，針對(duì)冰期冰凌形成原理進(jìn)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(duì)明渠輸水過程的影響因素，展開全面的研究和分析，同時(shí)研制出精細(xì)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(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的在線辨識(shí)技術(shù)，促使水動(dòng)力模型可以及時(shí)了解到數(shù)據(jù)的種種變化，將其作為參考重點(diǎn)，從而針對(duì)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，由此不但能提升模擬計(jì)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(shí)際情況，不斷對(duì)多模擬模型集成耦合技術(shù)進(jìn)行完善，進(jìn)而獲得最為新進(jìn)的技術(shù)，同時(shí)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(shí)時(shí)模擬可得到順利實(shí)現(xiàn)。

三、結(jié)論

中線工程具備的諸多特點(diǎn)都會(huì)對(duì)中線調(diào)度控制和運(yùn)行管理造成影響，所以，必須對(duì)這些技術(shù)難點(diǎn)展開全面的研究，有效構(gòu)建相關(guān)掌控平臺(tái)。另外，研究過程中，必須按照五個(gè)重點(diǎn)環(huán)節(jié)實(shí)行，即“預(yù)報(bào)-模擬-調(diào)度-控制-評(píng)價(jià)”，并且研發(fā)主要包含諸多技術(shù)，即閘泵群自動(dòng)化控制、渠道污染擴(kuò)散分析等等，涵括工程的調(diào)水方案編制到實(shí)時(shí)閘門操作的整個(gè)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(xiàn)：

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[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(qiáng)制混合充氧及誘導(dǎo)自然混合對(duì)水源水庫(kù)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(xiàng)目“融合人工智能的南水北調(diào)渠首段水源保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究”階段成果之一，項(xiàng)目編號(hào)2020QN006）

（南陽師范學(xué)院）