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流域水资源管理中信息技术的作用
  2002-09-23 16:38  

 

水资源管理可以分为量的管理和质的管理两方面,而在具体管理过程中又可分为水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护六项内容。根据各区域地表水和地下水的来水、水质、工程运行情况等信息,以及各区域不同行业的水量水质需求信息,协调各供水系统,生产、生活、生态用水,供水与防洪之间的关系,并进行供需水的合理配置,提高水资源管理水平,实现水资源的合理、高效利用,为经济社会的可持续发展服务。 海河流域地处京畿要地,随着经济社会的不断发展,水的问题已成为流域发展的重要制约因素,其现行的水资源管理手段已不能满足流域发展的需要。 一、海河流域水资源管理现状 流域内目前的水资源开发利用、治理、保护等基本还是采取传统的管理手段,表现为水资源分割管理严重,管理结构复杂,管理手段较落后,水资源配置的合理性与高效性不够,如部分地区地表水未充分利用而地下水超采严重;水库调度方式与水资源宏观决策不适应,造成汛期弃水过多而非汛期河道干涸,同时造成下游缺水时间过长;水资源观测系统作业方式落后,观测设备陈旧,加之预报技术落后,满足不了先进的水资源管理对观测系统提出的准确、快速的要求,造成水库群间、地表水与地下水网络联合调度能力不强;水资源供水的局部措施较强,在大区域及全流域尺度上的优化调度措施较弱;此外,城市用水与农业用水矛盾日益突出,大中型灌区用水的粗放性管理加剧了水资源紧缺的状况,地下水的实时水情掌握不清,难于实施科学管理,还未建立全流域性的水资源综合数据库及相应的GIS系统等等。这些状况造成流域水资源管理效率不高。 近年来,流域水资源管理在信息化建设方面进行了一些初步研究,如对滦河水系的潘家口水库和漳卫河水系的岳城水库预报调度研究,北京市的官厅、密云、怀柔、白河堡等水库的联合调度研究等;在部分区域建立了雨量、水位、流量的自动测报系统,建成了流域实时雨水情数据库,实现了雨水情信息的接收、处理、监视和水量预报自动化;定期(按年)发布水资源公报、水质量年报等;这些工作为区域的水资源管理与决策提供了及时有力的依据。 在地下水监测方面,全流域已建立起地下水监测网,仅京津冀三省市现有地下水位监测井1600多眼。监测井定时监测地下水水位、水质等指标,为地下水的有关分析工作及开发利用提供了依据。 二、水资源管理存在问题 尽管流域水资源管理取得了一定的成绩,管理水平有所提高,但还存在诸多问题。全流域的水资源监控管理信息化网络还很不完善,地下水监测信息的自动采集及传输手段还很落后,这些对流域水资源的高效管理、水资源的动态合理配置都很不利。 1、蓄水工程利用效率偏低 全流域已建成的各类水库总库容313亿m³,而九十年代以来地表水平均供水量仅为114亿m³(最大为124亿m³)。因防洪安全、测报技术、调度方式等原因,蓄水工程在汛期的有效供水复蓄指数偏低,洪水资源化力度不够,缺乏水库的预报调度及水库群的联合调度机制。 2、地下水超采严重 为满足不断增长的用水需求,自从七八十年代全流域开始大规模开发利用地下水以来,流域的下垫面条件发生变化。九十年代以来随着开采强度的增加,全流域地下水超采愈发严重,形成了多个大面积地下水降落漏斗区,并诱发了一系列环境地质问题,造成地下水利用的不可持续性。而水资源管理过程中对各分区地下水位、开采量及可利用量的动态信息的监测、传输手段不强,对动态水情掌握不清、分析力度不够,对地下水实时开采的指导性不强,不能有效控制地下水超采及引起公众对超采地下水造成严重后果的足够重视。 3、水生态环境恶化 大量的蓄水工程、干旱及水资源过度利用造成河系中下游地区大量河道干涸,入海河口淤积,天然湿地消失等一系列水生态环境问题。流域内每年约有60亿吨的废污水排入河道,致使流域内大部分河道被污染,目前流域大中城市及矿区的河道已成为污水河;同时由于缺少处理措施和污水的利用,2/3以上的污水就地消化,用于污灌或渗入地下,一些地区的地下水也受到污染;在东部沿海地区,由于地下水的大量超采,造成海咸水向淡水含水层入侵,使得地下淡水受到污染,如秦皇岛市等发生了海水入侵的现象。 4、存在不合理用水 海河流域一方面水资源短缺,另一方面又存在着各行业不合理用水的现象。如生活用水定额偏高、农业的大水漫灌和工业的重复利用率偏低等。此类问题主要因为用水管理方式粗放,节水研究不够,不同行业的节水及用水标准不明确,因信息手段、实时资料等原因不能及时制定相应措施并反馈给有关部门和向社会公布,并对不合理用水行业、区域、部门实施动态管理及合理的配置。 5、水资源对流域经济社会发展的指导作用不强 作为流域经济社会发展的重要资源条件之一,水应该发挥强有力的指导作用。海河流域属资源性严重缺水地区,但因信息等原因,水利行业与国民经济其他有关行业的联系不够密切,该区域的产业结构及生产力布局等未能充分考虑水资源的承载能力。有关部门应根据流域水资源的实时、动态信息,采取积极的对策措施,促进水与经济社会的协调发展。 可见传统的管理手段越来越不适应当前水资源管理的要求。根据水资源管理现状及存在问题,以及水资源管理的工作内容,水资源管理应加强以下内容,以提高水资源管理水平,实现水资源的合理配置及高效利用。(1)加强对雨量站、水文站、水位站、水质站、水库及地下水监测站等水信息的动态监测;(2)加强对省界断面的水量水质监测;(3)对地表水、地下水资源及可利用量情况进行及时动态分析,为水资源的动态配置提供依据;(4)加强对城市、农村不同行业及不同区域的水量水质需求分析;(5)加强对重要水源地、河段、取(排)水口及引水工程等有关水信息的动态监测。(6)加强不同区域间水量的调配,促进整个区域内各种水源的合理高效利用。(7)加强舆论宣传和信息共享,增强全社会的水资源意识。 三、信息化技术在水资源管理中的作用 信息化技术是以计算机为核心的包括网络、通信、3S、遥测、数据库、多媒体等技术的综合。在及时掌握水资源动态信息的基础上,结合先进的水量水质测报技术、水工程的运行情况,利用有关的方法、模型,实现流域水资源的合理配置,提高水资源的管理水平。其在水资源管理中的作用主要体现在以下几方面: 1、水资源开发、利用 传统的水资源开发依靠建设大量的水利工程,如水库、塘坝、机井等,以增加供水量。目前全流域已建成大型水库32座,中型水库116座,各类水库控制山区流域面积达85%以上。每年除汛期外,基本无入海水量。全流域目前共有地下水井119万眼,年供水量在260亿m³左右,年均超采地下水40亿~50亿m³。可见,靠传统的工程手段很难新增供水量。此时可利用现代化的信息手段,挖掘工程的供水潜力,增加有效供水量,缓解水资源短缺的矛盾。如利用先进的雨水情测报技术,在汛期对水库进行风险调度管理。根据实时的雨水情和模型预测结果对水库的调度方式做出决定,可大大减少弃水量,增加水库蓄水和供水量,提高水资源利用效率。国外已有在汛期对汛限水位实施弹性管理的先例(如日本),在我国特别是北方地区也有汛期提高汛限水位的研究,这些措施增加了工程的供水量,提高了工程的利用效率。密云水库是一座总库容44亿m³的多年调节水库,1994~1998年累计弃水12亿m³,其中枯水的1997年还弃水3亿m³。如果实现了管理信息化,弃水量就可大大减少,北京就可以抵御1999、2000、2001年(假定)三个连续枯水年,而不必花费高昂代价准备引黄,其效益将是十分显著的。天津市的主要供水水源潘家口水库也存在主动弃水现象,1997年为枯水年,仍弃水近2亿m³。 此外,在单库预报调度的基础上,实施多库联合调度、地表水与地下水联合调度以及不同河流间多座水库的联合调度,增加供水量,提高管理效率。 在水资源利用过程中,以往的水资源管理是以满足需求为主的管理,为了满足不断增长的需求,不断地建设新工程、开发新水源,对水资源利用过程中的合理性及是否浪费管理不够。随着水资源紧缺程度的不断加深,及开源工程的不断兴建,水资源进一步开发的潜力已经不大,现状的管理方式也已不能满足不断增长的需求。今后应走内涵式发展的道路,不断提高水资源的利用效率,建立节水型社会,而信息化技术恰好为水资源的合理高效利用提供了有力的管理手段。如利用信息手段可将农作物的需水时段测得更精确,可以更准确地测得管网漏失量及地点,结合水平衡测试可以更准确地测得工业企业用水的合理性,有效地避免浪费,合理高效利用水资源。 2、水资源治理 在水旱灾害防治方面,信息化更将发挥巨大的作用。在防洪减灾方面,综合运用先进的雨水情遥测技术、3S技术、通信网络技术和数据库技术等对防洪信息进行自动采集、传输、处理、存储和查询,对即将到来的洪水进行中长期预报并进行预演,提前做出有针对性的调度预案,为领导决策争取宝贵的时间并提供有力的依据。同时,洪水到来时,通过先进的信息手段,可以有计划、有目的地向蓄滞洪区及洼淀区放水,回补地下水并恢复湿地,变水害为水利。 在旱灾预防上,可利用遥测、卫星遥感等技术对农作物的旱情进行动态监测,为抗旱方案的制定提供有力的依据。 3、水资源配置 水资源配置过程中,信息手段的主要作用体现在以下几方面:为水资源量、水工程的运行情况及可利用水量的实时信息的获取提供有力手段;为及时的、动态的不同行业的水需求量的获取提供有力支持;为大区域内水资源量的动态布局的获取提供有力手段;为地表水库群及地表与地下水之间的联合调度提供及时准确的信息等。通过计算机、网络及通信技术,以水资源综合数据库为基础,利用水资源供需平衡和优化调度模型,对区域水资源进行合理配置,实现水资源的持续利用,支持经济社会的可持续发展。 南水北调通水后,海河流域水资源情势将发生重大变化。南水北调东线、中线、当地地表水、地下水、经处理污水、微咸水以及沿海地区海水利用形成了海河流域复杂的供水系统。做好水资源优化配置,特别是实时调度,协调好供水、防洪、改善生态环境等一系列关系,没有信息化这一工具是难以想象的。必须在信息采集自动化的基础上,根据水资源配置原则,建立运行管理模型。水资源管理部门将根据模型提供的各种信息为参考,做出各种决策,达到水资源合理配置的目标。 4、水资源保护 在水污染防治方面,流域内重要水源地目前仍以人工现场采集水样为主,对突发性水质污染难以快速反应。以水质监测站网为依托,利用信息化技术,对重要水源地及周边地区的断面水质实时监控,及时查明污染源,分清污染责任,为水资源保护预案的制定提供有力的依据。 同时,信息化手段对控制地下水超采和改善平原生态环境方面也将起到重要作用。在控制地下水超采方面,通过建立地下水监测信息网,依靠先进的管理方式做到随时掌握地下水情的动态信息,合理调整地下水的开采布局。同时利用地下水多年调节能力,做到以丰补歉,支持区域经济的发展。 在改善平原生态环境方面,利用信息手段,汛期尽可能补充地下水,在保证防洪安全的前提下应尽可能使用蓄滞洪区,以恢复湿地和保护生态环境。而各种信息(水情、工情、人情等)的迅速传输是防汛部门决定是否能够安全分洪的决定因素。非汛期,运用水库调节是维持湿地和河道水面环境的主要手段。可根据各方面信息,实时调整供水方案,尽可能维持平原区良好的生态环境。 5、水权管理和水市场的建立 海河流域是资源性严重缺水地区,因此,运用水权和水市场的理论开展水资源管理具有重要意义。但水权的管理与分配是一项十分复杂、十分困难的工作,涉及到各地区的切实利益,涉及到大量的水资源、经济社会发展、历史、法律等多方面的问题,还涉及水质、防洪、水力发电等方面的管理,必须具有现代化的监测手段,保证及时、准确地提供水资源的量与质、经济社会等各类信息。因此,水资源管理信息化也是开展水权分配,实现水市场的重要基础工作。 水资源短缺和生态环境恶化已成为影响和制约海河流域社会和经济发展的主要因素。因此,采用现代化的信息手段,建立覆盖全流域的高效可靠、先进实用的水资源实时监控系统,实现对水资源的实时动态管理,对保障城市供水安全、满足农业用水及抗旱需求、改善水生态环境和实现水资源的高效管理、利用及优化配置,支持全流域经济社会的可持续发展将发挥巨大的作用。
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