融合人工智能的水源保护系统

郑伟

摘 要：随着社会经济的繁荣发展，水环境问题受到社会各界的广泛关注。本文围绕融合人工智能的水源保护系统展开研究，希望可以为该领域提供一定的参考。

关键词：融合人工智能;水源保护系统;中线工程智能调控技术

在社会高速发展的21世纪，人类的生产娱乐活动呈现不断增多的趋势，导致垃圾数量也与日俱增，由于环保处理垃圾需花费高昂的成本，所以在处理垃圾的过程中，往往选择倒入河中或填埋的方式，造成水面漂浮物越来越多的现象，直接对水质带来不利影响，水生生物的生存环境越来越恶劣，导致人类赖以生存的家园受到严重威胁[1]。因此，制定良好的水源保护系统迫在眉睫。

一、中线工程智能调控技术研究进展

（一）预报

从预报的角度来看，在控制模型与调度方面其均具有重要意义，属于这两者的前提条件。预报所涵盖了三方面的内容，其一为气象;其二为水文;其三为径流预报。彭涛针对汉江丹江口流域暴雨洪涝灾害的相关内容进行研究，为此方面预报能力的提高打下坚实的基础，并分析汉江丹江口流域水文气象预报系统有无疏漏之处，促使流域的防洪减灾存在可参考的内容 [2]。针对丹江口水库的洪水预报模型，孔祥林等对其展开了研究。雷晓辉与孙月分析当气候出现种种波动的时候，丹江口水库入库径流是否还可以保持原有的稳定性，如果出现变化，其变化是否存在规律。王元超构建了合理的中长期径流预报模型，并在EFDC模型中融入该模型镇，使两者之间实现耦合，防止在预测整体的过程中存在较大难度，包括丹江口水质变化、水动力等。并且雷晓辉等主要参照了南水北调中线受水区，有效构建了分布式水文模拟模型。

（二）模拟

从模拟模型的角度分析，其属于调度、运行决策的前提条件。王开等主要应用的手段即是模型，进而有效了模拟中线总干渠糙率的变化;马吉明等开展了水槽试验，分析当糙率出现波动时，中线干渠输水是否会出现波动。对于模拟试验的最终结果，王光谦等开展了整体分析，并从中获取了中线干渠的糙率合适取值;针对桥梁发生的各种变化，陈文学等进行了相关研究，目的是了解中线渠道水流形态，观察其是否具有稳定性，是否会对渠道过水能力造成严重影响;针对当前冰期输水模拟模型的研发工作，穆祥鹏等现已有效完成;对于中线冰期输水过渡的过程;范北林等展开了全方面的分析，进而在过渡之前就可有效估测出中线冰期输水渠道冰情的发展情况 [3];刘国强将模拟试验、数值模拟等作为主要的应用方式，并对中线冰期输水能力的保持程度有效掌控。

（三）控制

控制在调度目标实现的过程中占据着举足轻重的位置。根据常规控制的主要算法，可将其分为“前馈”控制算法和“反馈”算法，其中前者的算法存在较高的难度，主要是采用蓄量对其进行补充，进而降低渠池的水位波动率，但该种方法，很难计算出中线闸前常水位运行的程度;而对于“反饋”算法，该算法中主要强调了集中控制算法，使其与渠道模型产生紧密联系。尚毅梓在中线渠道中应用了鲁棒控制算法，依据相关实验结果了解到，通过闸门鲁棒算法的作用，可对失衡问题进行有效掌控。

二、亟需攻克和解决的技术难题

（一）变化环境下水源水库水资源多目标调度技术

现如今，与以往的设计相比，水源区条件出现了不同程度的改变，中线通水完成后，又全面规划了很多大型调水工程，进而影响了丹江口水岸的调度情况。根据气候变化的情况，可有效改变水源区水量调度的目标，而且也会影响到水源区的整体情况。并且，在输配水的整个阶段里，存在着许多人们无法预料的风险因素，比如水华、污染等。所以，必须提高对新情况的重视程度，进而有效掌握影响中线工程的各种因素，具体如下：其一，以汉江流域水循环机理为主要的研究对象，分析在瞬息变化的环境中其是否会产生变化，并分析水源区水资源可利用量是否会受到气候变化的影响;其二，完成水污染事件风险评估模式的建立，提前分析有多大概率会出现水污染;其三，在研发过程中，可根据水源区水库群水资源多目标优化调度模型，明确研发方案。

（二）变化条件下受水区多水源联合调度技术

自从“最严格水资源管理制度”出现在人们的视野后，中线受水区用水结构难以保持原有的稳定性，产生多种变化，为等非常规水资源利用效率的提高提供了广阔空间，避免受水区过于依赖外调水，有些省份充分认识到中线工程通水的重要性，利用这一契机，将超采区的地下水的压采工作真正落地，促使该省份外调水的需调水量得到显著增加，所以分析这些变化条件具有实际意义，主要涵盖了以下几方面内容：其一，评估“最严格水资源管理制度考核办法”对外调水使用量的影响，分析“考核办法”实施前后受水区用水量和用水习惯的变化[4];其二，研究非常规水利用是否会对外调水使用量带来干扰，针对受水区的用水结构变化进行量化分析;其三，针对受水区水源转换对超采区地下水恢复影响进行多角度、多方位的评估;其四，依据实际情况完成受水区多水源联合优化调度模型的建立，给与调度和分水方案强有力的保障。

（三）总干渠冰水污染多相多过程耦合模拟技术

由于诸多污染物存在于中线干渠中，由此破坏了中线复杂水力建筑物原有的稳定性，加大了追踪溯源的难度。为了从源头上解决冰害问题，必须针对气候影响进行全面分析，针对冰期冰凌形成原理进行持续完善，并完成冰情发展过程的模拟工作，所以需从以下几方面入手：其一，基于渡槽和桥梁对明渠输水过程的影响因素，展开全面的研究和分析，同时研制出精细化模拟水流形态的耦合模拟模型[5];其二，在研发过程中，应参照水动力学模型参数的在线辨识技术，促使水动力模型可以及时了解到数据的种种变化，将其作为参考重点，从而针对参数进行相应调整，由此不但能提升模拟计算的准确性，还能为其提供更多的保障;其三，在研发过程中，应根据实际情况，不断对多模拟模型集成耦合技术进行完善，进而获得最为新进的技术，同时不断分析模型的快速求解技术，有助于研发工作的开展，确保在线实时模拟可得到顺利实现。

三、结论

中线工程具备的诸多特点都会对中线调度控制和运行管理造成影响，所以，必须对这些技术难点展开全面的研究，有效构建相关掌控平台。另外，研究过程中，必须按照五个重点环节实行，即“预报-模拟-调度-控制-评价”，并且研发主要包含诸多技术，即闸泵群自动化控制、渠道污染扩散分析等等，涵括工程的调水方案编制到实时闸门操作的整个流程上的科学问题。解决这些关键技术难题和科学问题，将有助于最大发挥中线工程的综合效益。

参考文献：

[1]《呼伦贝尔市集中式饮用水水源保护条例》问题解答[N]. 呼伦贝尔日报，2020-05-30（003）.

[2] 邬昕彤，邬俊才.大伙房水库上游人工水源涵养林功能提升浅析[J].辽宁林业科技，2019（06）：55-57.

[3] 刘娜娜，张希金，达良俊.间伐对人工水源涵养林碳储量及其垂直分布的影响[J].西北林学院学报，2016，31（05）：29-36.

[4] 温成成，黄廷林，李楠，张海涵，林子深，李衍庆，杨尚业，董亚军.人工强制混合充氧及诱导自然混合对水源水库水质改善效果分析[J].环境科学，2020，41（03）：1227-1235.

（南阳师范学院科研项目“融合人工智能的南水北调渠首段水源保护关键技术研究”阶段成果之一，项目编号2020QN006）

（南阳师范学院）