| 关于“数字南水北调工程”的设想 |
| 作者:杨开林 |
来源:中国水利网 |
点击量: |
发布时间:2009-6-11 15:57:45 |
南水北调东线工程已开工建设，以此为标志，我国将在本世纪大规模地修建不同规模的调水工程，以满足国民经济持续发展的需要。
随着“数字地球”“数字北京”“数字黄河”“数字长江”等发展新战略的出台，为建设、管理南水北调工程提供了一条新的发展战略思路，应在建设真实工程的同时建立“数字南水北调工程”（简称数字工程）。
一、数字南水北调工程及其特点
“数字南水北调工程”的概念源自于“数字地球”，是对真实南水北调工程及其相关现象统一性的数字化重现与认识。具体说，就是通过全数字化模拟平台的构建，建立调水工程及其相关地区的数字化研究环境，采用各种应用模型对调水工程开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究。
数字南水北调工程主要由三部分组成：
1．浏览界面
不同分辨率尺度下的调水工程三维可视化的浏览界面是与用户交流的接口。通过浏览界面，允许用户在虚拟的数字调水工程中漫游，对工程的各种景观，如水库、输水流道、泵站、甚至闸阀和水流的运动，以及周围地理环境进行任意角度的观察。
2．网络化的地理信息世界
包括：地理信息系统数据库，储存输水管道、渠道、闸门、泵站、水库、地下管道、机电设备、自动控制系统等空间数据及沿线区域内经济、人文环境等多层次的隐性信息；运行数据库，储存来自自动检测系统实时检测得到的全系统的运行动态信息。为用户提供公用信息和运行信息，甚至可以为各类网络用户开辟一个认识“南水北调工程”的“没有围墙的实验室”。
3．多源信息的集成和显示机制
融合和利用现有的多源信息、各种预测预报软件、运行动态过程仿真软件、人工智能决策软件，将其嵌入数字南水北调工程的框架，进行三维描述和智能化的网络虚拟分析。
数字南水北调工程与数字地球、数字黄河不同，其显著的特点是：它不仅是一个信息系统，更是一个实时数字仿真系统、实时分析决策系统和辅助控制系统。建成后的南水北调中线工程将像一部机器一样工作，数字工程将像“影子”伴随真实工程运行，随时向运行人员提供咨询意见，甚至在授权后自动与真实工程联系，控制和调度全系统的安全、经济运行。
二、建设数字南水北调工程的必要性
1．促使南水北调工程的建设有一个高起点和高标准
数字南水北调工程的建设过程，也是一个对现有工程的规划设计方案的评估分析过程，可以从技术经济上对各种方案的优劣作出定性和定量的评价，及时发现工程设计中的问题，指明改进的方向。此外，它的可视化功能、动态仿真预测功能、分析决策功能，可以让决策者在很短的时间内对一种规划设计方案的情况有一个全面的、直观的、清楚的了解，从而提高决策的科学性。另一方面，建成后的数字南水北调工程也是一个知识库和工具库，可以为后续建设的调水工程提供宝贵经验。
2．为南水北调工程建成后的运行管理提供一个强有力的工具
南水北调中线工程跨越5省、直辖市，输水线路长达1200多公里，采用明渠结合管涵的输水方式，部分地区可能采用泵站加压输水，用水量是时间的随机变量，对于这样的大型水惯性系统，单纯依靠常规设计的网络系统、通信系统、自动监测监控实施调度，不可能达到安全、经济运行的目的，需要一个智慧的“头脑”从中协调各子系统的工作，数字工程就是真实工程的“头脑”。此外，数字工程也是一个对新管理运行人员进行离线和在线培训的有力工具。
3．促进相关水利科学研究及软件设计水平的提高
从目前已建的调水工程来看，计算机网络系统、信息检测系统、自动控制系统硬件设备已经达到相当先进的程度，但是，由于缺乏与之配套的软件，例如实时水力控制调度软件、故障诊断软件等，其功能大打折扣，不能充分发挥作用。究其原因，主要是我国相关水利科学研究及软件设计水平不能达到在线运行的要求，从短期来看，可以通过从国外引进技术以解燃眉之急，但毕竟不是长久之计。应该站在战略的高度，尽快推动我国的水利科学研究及软件工业的发展，以提高我国在这方面的竞争能力。数字南水北调工程将为改变这种状况提供一个很好的发展契机，在建设过程中，不同学科的研究人员为了一个共同的目标分工协作，为水利科学从其他学科汲取营养和养分提供了便利条件，能促使和加快水利科学研究及软件设计水平的提高。
4．促使大型调水工程规划设计新模式的形成
调水工程的规划设计是一项复杂的系统工程，目前在我国是以设计院为主的模式进行，缺乏科研单位[1] [2] 下一页
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