新质生产力|智慧水利、智慧水务与水环境监测创新技术的交叉应用

来源:世展网 分类:环保行业资讯 2025-01-22 11:46 阅读:2340
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近年来随着数智化转型的浪潮,得益于人工智能技术的快速发展,水利、水务、生态环境都搭上了AI的快车,取得了不错的应用效果。大家的创新技术和理念也相互有交叉的应用,我们简单举例介绍一下。

但是水利和水务的具体应用,有很多小伙伴还不是很清楚,在后台咨询这个问题,我们先看下二者的区别。

一、智慧水利与智慧水务水利和水务是两个密切相关但有所区别的概念,它们在水资源管理和保护方面各自承担着不同的职责和功能。定义
  • 智慧水务:智慧水务是指通过物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术,对城市供水、排水、污水处理、水质监测等水务系统进行智能化管理和优化。其目标是提高水资源利用效率、管理水资源的可持续性,并提供更好的水服务。
  • 智慧水利:智慧水利是指利用物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术,实现对水利对象及活动的透彻感知和全面互联。它涵盖水资源管理、水环境保护、水灾风险管理等领域,旨在提高水资源的可持续利用和水利工程的高效运行。
智慧水利包含的内容:
  1. 水资源调度:优化水资源分配,提高水资源利用效率,解决水资源短缺问题。
  2. 水利工程管理:例如大坝、河道、灌溉系统的智能化监测和维护,确保安全和高效运行。
  3. 水雨情及防洪减灾:利用大数据和人工智能预测洪水风险,提前预警,优化水库泄洪和防洪措施。
  4. 智能灌溉和节水技术:通过智能灌溉系统来精确控制水量,避免浪费,增加农业生产效益。
  5. 水文监测:对江河湖泊、水库等进行实时监测,收集水文数据。
  6. 水库大坝安全:对大坝进行位移、渗压、渗流及应力监测等。
  7. 水土保持:对水土流失发生、发展、危害及水土保持效益进行监测。
  8. 洪水预警系统:利用物联网和大数据技术,实现对洪水的实时监测、预测和预警。
  9. 数字孪生:对河湖进行数字孪生建设。
  10. 水资源管理系统:实现水量的精准计量、远程监控和智能调度,有效提高水资源利用效率。
  11. 水利公共服务:开发水利移动应用、在线服务平台等,为公众提供便捷的水利信息查询、水费缴纳、投诉建议等服务。
智慧水务包含的内容:
  1. 供水管理:智慧水务系统能够对供水管网进行实时监测和管理,保证供水的安全可靠。
  2. 排水管理:智慧水务系统能够对城市排水管网进行实时监测和管理,提高排水的效率和质量。
  3. 水环境管理:智慧水务系统能够对水环境进行实时监测和评估,保护水环境的安全和健康。
  4. 智能供水管网监测系统:通过在供水管网中安装传感器和监测设备,实时监测管网的压力、流量和水质等指标。
  5. 智能排水及管网监测系统:城市雨污排水管网、泵站、水厂的水质水量监测。
  6. 水质监测和预警系统:水源地及受纳水体的水质监测及预警。
  7. 用户用水行为分析系统:分析用户的用水行为和需求,制定合理的供水计划和政策。
  8. 漏水检测和修复系统:通过在供水管网中设置漏水传感器和智能阀门,实时监测管网的漏水情况,并自动关闭漏水区域的阀门。
智慧水利与智慧水务的区别智慧水利侧重于更广泛的水利资源管理,包括水资源的分配、调度、洪涝灾害的防治、河流和湖泊的生态保护等。智慧水务更侧重于城市或区域层面的水务管理,如城市供水、排水、污水处理和节水等。

二、创新技术在水利水务应用智慧水利主要是水资源的监测,水质监测较少。主要关注的是水雨情、流量、液位及大坝安全等。在一些调水工程中涉及水质的监测,如南水北调中的水质监测。智慧水务主要是关注水质的监测。主要的场景在水源地取水口监测、自来水厂过程及出水监测、管网及二供监测、城市雨污管网监测、泵站及污水处理厂监测等。供水涉及到的参数:异味、生物毒性、重金属、余氯及常规监测指标五参数、高锰酸盐指数、氨氮等,参数参考GB 5749。

排水涉及到的参数:pH、COD、氨氮、总磷、总氮、流量、特征因子等。

目前有几个创新应用在水利水务中得到应用1、光谱技术光谱技术包含:紫外可见光谱技术、高/多光谱技术和三维荧光光谱技术在城市排水管网中应用较多的是紫外可见光谱和三维荧光光谱,其实紫外可见光谱的先驱产品光谱法COD在排水监测中有着广泛的应用。紫外可见光谱的优势是可以同步测COD、TOC、浊度、色度和硝酸盐等含量,同时利用图谱可以进行污染溯源,数据应用于污染溯源、污水处理厂水量调配。三维荧光光谱,代表产品是三维荧光溯源仪,分为载的和在线的两种类型。可以解决管网污染溯源问题,过匹配指纹,快速输出指纹相似度(如90%)和污染源类型(如工业源、农业源、生活源等),应用在泵站、污水处理厂进水等。2、质谱技术目前突出应用是水质异味的监测,作为GB5749的监测项目,目前可以实现异味化合物土臭素(GSM)、2-甲基异莰醇(2-MIB)、2-乙基-4-甲基-1.3-二氧戊环(2-EMD)、2-乙基-5,5-二甲基-1,3-二氧杂环乙烷(2-EDD)的异味物质的在线监测。目前已经在长三角地区实现了水中异味物质联合预警监测。3、智能无人实验室技术这个在水务中应用较广,水务中涉及水质监测的点位较多,若都采用在线监测成本较高,部分场景数据频次要求不高。智能无人实验室,最少的配置可以满足20组/天的通量,意味着可以做最多20个点位的数据监测。高通量的配置可以实现每天几百个样品的检测,检测方法同国标方法,数据一致性高。三、四预一测在生态环境中应用四预是智慧水利里面的一个概念,即预报、预测、预演、预案。我们来看看生态环境监测的四预一溯。预报是基础,预警是前哨;预演是关键;预案是目标,溯源是闭环。1. 预报:是基础,是对水质水量进行精准预报预测,以提高预报精度和延长预见期。精准的预报需要数据的支撑,要考虑应用场景和分析维度,AI采样+智能无人实验室解决数据量和应用场景的问题,“生态环境多要素综合分析评估技术”耦合多源数据解决分析维度的问题。2. 预警:作为前哨,预警功能对水质、水生态进行预警,如数据超标预警、超历史最高预警、同比趋势异常预警、大幅变化超标预警、站点数据离群预警、未达考核目标预警、水质类别下降预警等,目前大多数的省市级平台都具有类似的功能。3. 预演:是关键步骤,对典型污染事件进行复演或预演,确保所构建的预测预警模型系统准确,并对应对方案进行检验,及时发现问题,科学制定和优化调度方案。目前这方面主要是“一河一策一图” ,各省最近都在发布自己的“一河一策一图”演练成果。4. 预案:作为目标,预案功能确定应急污染处置、应急监测措施和组织实施方式,确保预案的可操作性。突发污染各有各的不同,可以应用“基于大语言模型的生态环境监测知识问答与业务互动技术”一些应急案例、应急处置方案放入知识库中,实现预案的云端方案库、专家库,更加高效的处理突发污染。5.溯源:作为整体的闭环,找出源头,避免类似情况再次发生。这方面做了数智化转型做了很多的创新应用。如“基于数字孪生+大数据的地表水环境预警溯源分析技术”,“基于遥感反演的流域面源动态监测评估技术”,“基于指纹溯源+多元统计模型的入海河流域总氮溯源分析技术”解决通用或者特定场景的预警溯源工作。智慧水利与水务的数智化转型较早,部分成果如河流、湖库的数字孪生可以和环保的监测有机的结合,为4预1测提供有力的支撑;生态环境的多源数据可以为水利水务提供多维的数据源,助力水利水务的各类模型精准运行。注:部分图片来源于中国环境监测总站官微。来源:水环境解决方案

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