初探GIS在南水北调中线工程的应用——以河北省“数字南水北调”工程为例

南水北调工程是我国现今最大的水利工程,不仅工程量浩大而且涉及面广、关系复杂,引进先进的工程管理方法对工程进行科学的管理势在必行。以河北省“数字南水北调”工程为例,对数字南水北调工程的必要性和可行性,以及工程的基本运行环节进行浅要论述,初步探讨了“数字南水北调”工程中地理信息系统在南水北调工程中的应用和所发挥的积极效用。

河北:GIS铺就“数字南水北调”工程

南水北调是中国最浩大的工程之一,而海量数据更是令人难以想象,GIS以其卓越的空间管理应用,出色的三维虚拟现实表现,快速的地理属性、高程、土方等的查询,成为空间信息管理的最佳“人选”。

基于GIS的河北省“数字南水北调”工程空间数据库的分析与设计研究

南水北调工程是我国优化配置水资源的重大举措,是我国现今最大的水利工程,工程数据量大关系复杂,高质量的空间数据库是基于GIS的河北省"数字南水北调"工程数据库建设的重点和难点,是实现南水北调工程科学管理的基础。本文从河北省"数字南水北调"数据库的特点和主要内容入手,对空间数据库的数据进行了分析,并对空间数据库实现的逻辑划分、软硬件平台配置、实现标准进行了研究。

数字化档案在南水北调中线工程管理中的应用研究

南水北调中线工程档案管理面临诸多挑战,包括档案数量巨大、结构复杂、参与方众多等。本文深入探讨了数字化档案的概念,并对比分析了其与传统纸质档案相比的显著优势。在此基础上,本文对南水北调中线工程档案管理的现状进行了详细剖析,指出存在档案数字化进程不均衡、档案管理系统兼容性差、档案安全管理体系不完善等问题。针对这些问题,本文详细阐述数字化档案技术在南水北调中线工程中的应用,提高档案管理效率,促进信息协作共享。然而,数字化档案管理同样面临着数据安全、技术更新与人才培养等挑战,为此,本文提出了应对策略,有效推动了数字化档案在南水北调中线工程管理中的深入应用发展。

南水北调西线工程水源区气象条件分析

南水北调西线工程是缓解黄河中上游地区水资源短缺的重要举措,但全球气候变化影响水源区的水资源供给和分配,目前对水源区气象特征缺乏整体的认知,其内部气象变化的时空差异和敏感性也需进一步阐明。因此,基于1961—2020年逐日气象数据对水源区降水和气温进行趋势、突变和相关性分析。结果表明:从变化趋势来看,水源区气象要素对全球气候变化响应敏感,降水量以16.14 mm/10 a的速度显著增加,接近我国平均速度的3倍;气温上升速度为0.26℃/10 a,与全国平均速度持平。从时空分布来看,水源区多年平均降水量由东南向西北递减,年内分布变差系数为0.91,降水主要集中在6—9月,占全年的72%;多年平均气温为3.62℃,呈现由北向南递增的趋势,年内气温介于-16.7与16.4℃之间。同时,水源区内部气候敏感性存在差异,降水变化敏感区为水源区靠近两河口和双江口区域,清水河、石渠和色达为气温变化敏感站;敏感站之间存在较强的相关性,其气象条件可能同时剧变,配水策略应避免风险叠加。

信息化监管在南水北调中线工程的应用实践

为进一步发挥信息化监管在南水北调中线工程中的应用作用,简要阐述了信息化监管的概念以及应用价值,并提出当前南水北调中线工程应用的信息化监管系统,包括闸站监控系统、消防监控系统、工程巡查系统、安全监测自动化系统、安防监控系统、天气APP系统、人员进出管理系统;最后总结了信息化监管在南水北调中线工程的应用效果。以期丰富该领域研究成果,为相关研究人员与从业人员提供一定参考。

南水北调工程中供水管道保护的策略与实践

南水北调工程的供水管道保护极为重要,制定综合策略、落实保护措施并评估效果可保障其安全运行,防腐材料应用、灾害风险评估、防灾减灾技术及应急预案的制定演练构建全面保护体系,监测技术发展与监测系统构建实施实现实时监控,维护管理制度建立及定期巡检维护、维修技术和应急处理确保全生命周期稳定运行,未来需持续引入新技术新材料优化保护措施,提高效率精度保障长期安全稳定运行。

1981~2021年南水北调中线工程安阳河以北段冬季冷暖变化特征分析

为更好地开展南水北调中线工程冰期输水调度,基于中线工程沿线8个国家气象站点的1981~2021年冬季日平均气温数据,采用气候平均值、气候倾向率等统计方法,并依据国家冷暖冬等级划分标准,在年度尺度上,对安阳河以北段近41 a来冬季冷暖变化气候特征进行了统计分析。结果表明:①1981~2021年,各站冬季平均气温基本为-5~3℃,在空间上整体呈现南高北低的特征,南北温差基本为3~4℃。②1981~2021年,各站冬季平均气温年际变化规律基本一致,整体上均呈现出波动上升的趋势,增温幅度为0.113~0.713℃/(10 a),整体表现为南北升温速率低,中部升温速率高的特点。③从年代际变化来看,1980年代各站冬季平均气温最低,多为偏冷年份,整体上1980,1990和2010年代表现为升温趋势,2010年代升温最为显著,而2000年代则表现为降温趋势。其中,在2000年代和2010年代,各站冬季平均气温波动频繁,且幅度较大,平均气温标准差均超过了1.0℃。④近41 a区域暖冬年共出现12次,主要在1990年代中期以后,区域冷冬年共出现18次,其中,1980年代最多,1990年代最少,自1990年代末期开始,区域冷冬年、暖冬年时常交替出现,而在2014年后,区域暖冬年明显偏多。研究成果可为南水北调中线工程优化冰期输水调度、提升冬季渠道过流能力提供参考。

数字孪生南水北调东线工程建设难点与对策

南水北调东线工程是水利部明确开展数字孪生先行先试工作的重点工程,对探索推进国家水网智慧化发展具有重要意义。文章基于南水北调东线工程调度运行特点与实际需求,分析了数字孪生建设面临的形势,系统梳理建设难点及短板弱项,提出了推动数字孪生建设的对策思考,为跨流域调水工程数字孪生建设提供借鉴。

数字孪生南水北调中线工程建设思路

数字孪生水网是国家水网建设的重要内容,也是推动新阶段水利高质量发展的重要标志之一。为解决南水北调中线工程在输水调度、水质监测预警、突发事件应急处置和工程安全风险预警等方面存在的问题,文章基于南水北调中线工程的建设现状和数字孪生技术特点,从框架设计、技术路线规划两个方面提出数字孪生南水北调中线工程的总体建设思路。围绕工程安全、供水安全、水质安全的“四预”需求,详细阐述实施路径和重点建设内容,包括数字孪生平台建设、工程结构安全“四预”应用、左岸防洪安全预警体系构建、水下常态巡检系统建设等,以期为南水北调中线工程数字孪生建设提供参考。

数字孪生在南水北调工程运行管理中的优化策略

南水北调工程作为国家水网的主骨架和大动脉,不仅承担着重要的水资源调配功能,也是实现国家水安全和水资源可持续利用的重要支撑。近年来,数字孪生技术的迅速发展为南水北调工程运行管理带来了新的机遇。结合数字孪生技术的特点,对南水北调工程运行管理中存在的问题进行系统分析,并提出具有针对性的解决方案,以期为其他跨流域调水工程的数字孪生建设提供有益借鉴。

南水北调东线工程泵站关键设备数字孪生管理应用分析

南水北调作为我国水资源优化配置、促进经济社会可持续发展的重大战略性基础设施,为进一步提高工程泵站综合决策管理水平,推动智慧水利建设,在泵站关键设备实施数字孪生管理应用成为一种新的发展趋势。本文利用数字孪生技术,对南水北调东线工程宝应站的关键设备实施数字孪生管理应用,提出管理系统方案,搭建网络结构,采用INTERNET/INTRANEN技术监测、API接口统一处理与数据交换、数据通讯管理等,并开发故障诊断场景,构建方针模型库与专家知识库,提高泵站的故障预测、监测及诊断,帮助机组设备迅速发现问题、及时处理与更新,提高泵站运行效率。

南水北调西线工程水源区可调水量“十问”

南水北调西线工程是我国“四横三纵”国家水网主骨架尚待建设的最后一环,而水源区可调水量是西线工程规划论证面临的焦点和难点问题。本文从水资源本底条件与演变趋势,生态环境与经济社会发展需水,调蓄水库与输水工程规模,调水对水源区及其下游水资源开发利用、水生态环境、水力发电、航运等方面影响的角度,提出了与水源区可调水量相关的10个问题;以长江上游分布式水文模型为基础,建立了南水北调西线工程水源区可调水量模拟分析模型,力图系统、定量地回答所提问题。本文的主要研究结论有:在仅考虑满足水源区河道内外生态环境和经济社会需水的前提下,“上线+下线”组合方案多年平均可调水量为1.59×10^(10)m^(3),“完全下线”方案在建设岗托水库进行联调时,多年平均可调水量将达到1.74×10^(10)m^(3);在综合考虑调水对水源区水平衡、水力发电和航运影响及其可接受程度后,南水北调西线水源区可调水量为1.22×10^(10)~1.26×10^(10)m^(3)。长远来看,应谋划西南片区水网与国家水网主骨架、“大动脉”的连接与融合,在减小南水北调西线工程调水影响的同时,提高南水北调西线工程的整体供水能力以及对气候变化等外部条件的适应性。

南水北调东线一期工程受水区生态环境效益演变

研究南水北调东线一期工程通水以来受水区生态环境效益的演变态势,对南水北调后续工程高质量建设、加快构建国家水网以及促进工程综合效益发挥有决策参考作用。以定性定量相结合的方式分析东线一期工程在优化水资源配置、保障饮水安全、复苏河湖生态环境和畅通南北经济循环等方面的作用,进而结合层次分析法,从直接效益和间接效益2个方面,筛选构建东线一期工程受水区生态环境效益评价指标体系,主要包括工程年供水量、水质改善度、生态补水量、地下水压采量、地下水水位、水域面积、绿地面积和涵养水源等,并采用VlseKriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje(VIKOR)多准则妥协解排序方法对南水北调东线一期工程通水以来即2013-2022年受水区生态环境效益演变态势进行分析。结果表明:南水北调东线一期工程通水的10年以来,受水区的生态环境整体复苏效果明显,近3年排序值保持在0.8以上;受降水偏枯进而影响地下水开采量和地下水水位等因素影响,2019年间接生态环境效益下降29.2%,之后迅速恢复并保持稳定。在分析直接效益和间接效益演变的基础上,从工程提质增效、提高工程水质状况以及完善体制机制建设等方面提出东线一期工程进一步促进受水区生态环境持续改善的策略和建议,以期为东线工程及受水区生态环境保护及高质量发展相关研究、决策制定等提供参考。

水利工程中数字孪生虚拟实体轻量化研究

近年来,数字孪生技术在水利领域正在快速发展。其中,数字孪生数据底板存储着水利工程全生命周期中的信息,存在数据量庞大、管理复杂、更新成本增加等问题。同时,以WebGL为核心引擎渲染加载的应用层数字孪生平台受网络带宽和计算机性能的限制,面临着轻量化处理的挑战。针对数字孪生虚拟实体维度中的几何模型数据,利用改进QEM(Quadric Error Metrics,二次误差测度)算法和Low-Poly算法进行轻量化处理,选取水轮机导水机构作为案例,研究在满足数字孪生业务需求下的最优简化程度。结果表明:轻量化的处理是必要的;轻量化处理后的模型文件大小大幅度减小;在满足数字孪生精细度等级4个精度等级的简化程度的上限分别为原始数据、40%左右、70%左右、98%左右。

基于生态补偿的南水北调后续工程水价研究

制定科学合理的跨流域调水工程水价是开展水源区生态补偿的重要途径之一。在现有水价的基础上,新增生态补偿作为水价的重要组成部分,运用机会成本法测算南水北调东线工程水源区生态补偿标准,并引入社会发展阶段系数和政府支付能力系数对其进行修正,构建计入生态补偿的南水北调后续工程水价定价模型。以南水北调东线一期工程胶东干线为例,得到2016、2020年水源区的理论生态补偿标准分别为116.121、199.992亿元,在现行价格基础上水价需分别提高0.93、4.51元/m^(3)。结果表明,生态补偿会耗费大量资金,只有当工程调水能力达到规划设计规模时,持续性调水才能逐步降低供水成本,否则水价会超出受水区的承受范围,工程效益也难以发挥。

北京市南水北调配套工程调蓄工程勘察关键技术

北京市南水北调配套工程调蓄工程是北京市“26213”供水格局的重要组成部分,工程分布于北京市西、北、南不同地区,场地建设环境条件复杂,地层结构分布及组合多样,水文地质条件复杂,工程建设面临诸多地质问题及难题。工程勘察成果全面、涉及面广、涵盖工程勘察综合类的全专业领域,完成专业全面的技术成果文件与研究报告60余册,发表学术论文50余篇,取得七大方面技术创新、30余个技术创新点。勘察总体工作思路、技术路线、研发的创新技术、利用的先进手段等方面具有实践推广价值,特别是对城市复杂地质环境条件下建设城市供水调蓄工程具有借鉴作用。

南水北调工程效益统计工作有关对策建议

南水北调东、中线一期工程通水以来发挥了显著效益,做好效益统计工作对做好一期工程调度运行管理、为推进南水北调后续工程高质量发展提供决策参考具有重要意义。为更加科学全面、更高质量开展南水北调工程效益统计分析工作,通过对南水北调效益统计工作开展情况及成果进行系统梳理总结,结合实际情况查找在效益统计工作系统性、效益指标体系和指标统计口径等方面存在的问题,并从深化思想认识、完善指标体系、建立保障机制、深化基础研究、开展系统分析等方面提出有针对性的对策建议,以为高质量做好南水北调工程效益统计分析工作提供支撑。

基于“数字化+虚拟化”的能源动力类新专业(能源服务工程)建设路径探索

随着数字化时代的到来,高等教育领域正经历着前所未有的变革。本文以“能源服务工程”专业为例,探讨了在新工科背景下,如何通过“数字化+虚拟化”的路径,推动专业建设的创新与发展。文章首先分析了当前专业建设面临的挑战与机遇,进而从理论研究与实践研究两个维度,详细阐述了“虚拟化”基层教学组织的架构、“数字化”教学资源的建设以及全新教学方法与手段的实施。本文旨在为高等教育数字化转型提供实践路径,并对相关专业与院校提供借鉴作用。

工程教育专业认证背景下数字电子技术创新教学与实践

数字电子技术是电类专业的核心课程,对通过工程教育专业认证具有重要作用。基于工程教育专业认证的OBE理念,针对课程教学现状,创新教学内容,改变教学手段和方法,改进教学评价,持续进行创新教学研究与实践。结果证明,课程教学改革激发了学生的学习兴趣,锻炼了学生的创新能力和实践能力,受到学生的一致好评。