《基于大数据云平台的平原水库优化设计与智慧管理》围绕平原水库工程设计和运行管理中的关键技术问题进行了系统论述。主要内容包括平原水库多效应耦合优化设计、平原水库健康综合诊断与预测、平原水库运行期风险管理、平原水库智慧化大数据管理云平台设计与构建和平原水库智慧管理工程应用。提出了平原水库优化设计新方法,构建了平原水库健康诊断和预测体系,制定了平原水库风险标准,基于大数据和云平台技术建立了平原水库智慧化管理系统,形成了平原水库优化设计和智慧管理的理论与技术体系。
《基于大数据云平台的平原水库优化设计与智慧管理》可供水行政主管部门、水库管理单位指导水库运行智慧管理,也可供从事智慧水利的科研院所、高等院校相关科研、技术人员和研究生阅读参考。
水资源短缺严重制约了社会经济的发展,平原水库在缓解水资源严重匮缺的平原地区供需矛盾,改善当地城乡居民生活质量和促进经济社会可持续发展等方面发挥着重要作用。
相对于山区水库,受平原地区地形、地质、气候和人类活动影响,平原水库存在着许多特殊问题,如地基失稳、渗透、沼泽化、蓄水功能退化、水质污染等,由此导致的经济效益差、生态环境调节能力削弱等问题尤为突出。平原水库防洪任务不是十分明显,安全问题不如山区水库引起足够重视,对平原水库的安全管理、日常维护没有得到应有的重视。平原水库围坝长、监测范围大,难以布置大量的仪器设备进行全面、系统地安全监测,一旦发生渗漏等安全问题,会对人民生命财产安全造成巨大影响。平原水库的安全状况随着时间的推移而不断发生变化,现有经验和理论已很难为大型平原水库运行管理和运行提供足够的科学依据。
“智慧水利”强调信息技术在水利领域的全面的、动态的、深层次的应用,充分运用大数据、物联网、云计算、数据挖掘、空间信息技术和通信技术等对水利各类信息进行深入挖掘与分析,突破传统的认知空间,进行全面立体感知,资源优化整合,建立集“动态立体感知、智能信息管理、智慧决策应用”为一体的水利服务平台,以更智慧、务实、持续、与时俱进的方式推动水利信息化的发展。利用物联网、大数据和人工智能等新一代智能技术,深入研究影响平原水库工程设计及运行效率的关键问题,及时、准确的诊断水库运行期健康状态,建立平原水库信息化管理系统,从安全、生态、经济等方面为平原水库优化设计和运行期科学管理提供决策依据是十分必要的。
刘福胜教授智慧水利研究团队从2013年开始研究智慧水利的相关领域热点问题,按照“互联网+、大数据+、智慧水利”的建设目标,依据水利信息化发展的基本要求,依托山东农业大学大数据联盟、智慧水利研究所、智慧农业重点实验室,集中水利、信息、大数据、遥感等方面的专家,经过近十年的研究与实践,建成的基于物联网的水肥一体化节水灌溉智慧化大数据平台系统,已在山东省沾化区玫瑰园等项目中实施并取得了圆满成功;建成的平原水库智慧化大数据管理平台,已在山东省德州市丁东水库等工程中实施;编写了山东省智慧水文大数据平台建设实施方案。
本书的研究工作得到了国家十二五科技支撑计划课题(2015BAB07805)、山东省重点研发计划项目(2018GNC2304、2019GSF111043)、山东省省级水利科研及技术推广项目(SDSLKY201305)、山东省农业重大应用科技创新项目(SDNYCX1531963)、山东省农业科技成果转化资金项目等的资助,作者表示衷心的感谢!
本书编写人员及编写分工如下:第1章由刘福胜、宋长青、潘皋正撰写,第2章由周广发、张坤强、马飞、董刚刚撰写,第3章由刘仲秋、张鹏、祝天新、徐金涛撰写,第4章由岳强、王素华、宋海山、李伟华撰写,第5章由刁艳芳、刘妍珉、郑九华、付振启、王超撰写,第6章由宋朝亮、张建刚、刘永、乔磊、李清文撰写。本书得到了很多师长、朋友和同仁的鼓励与支持,他们是:山东农业大学农业大数据研究中心柳平增、宋长青、李俊清,山东省水利厅董刚刚,德州市水利局宋朝亮、刘永、马飞,德州市丁东水库管理处曹九岗、潘皋正、祝天新、宋海山、付振启、乔磊,山东黄河河务局滨州黄河河务局徐金涛,泰安市泰山灌浆有限公司周广发,山东高速集团有限公司李伟华、王超,泰安市行政审批服务局李清文等,在此向他们表示衷心的感谢!感谢山东农业大学和水利土木工程学院领导和同事的帮助与支持!研究生周广发、寻万福、董祯、常泽坤、曲兆昆、武田园、刘栋梁、卢华、徐金涛、李伟华、王超、王亚平等先后直接参与了本书的有关研究工作和资料整理,在此一并表示感谢!本书撰写期间,引用或参考了很多国内外同行发表的专著、论文等科研成果与资料,限于篇幅,不能逐一列出,作者特借此机会向各位作者表示由衷感谢!感谢黄河水利出版社提供出版机会,感谢编辑老师的辛勤付出和努力工作!
本书的出版不仅能使读者了解平原水库智慧化管理的最新技术,而且可以在水库信息化建设中应用。限于作者的水平和能力,书中不足之处在所难免,敬请读者和同行专家对本书存在的不足之处给予批评指正。
前言
第1章 绪论
1.1 平原水库发展现状
1.2 平原水库的作用及其特征
1.3 平原水库研究现状及存在的问题
1.4 水库智慧管理
1.5 主要研究内容与技术路线
第2章 平原水库多效应耦合优化设计
2.1 平原水库多效应耦合优化设计的影响因子
2.2 平原水库多效应耦合优化设计模型构建
2.3 平原水库多效应耦合优化高效算法研究
2.4 平原水库多效应耦合敏感性分析
2.5 平原水库多效应耦合优化设计软件
第3章 平原水库健康综合诊断与预测研究
3.1 平原水库运行期健康监测技术综述
3.2 平原水库运行期监测参数及综合监测技术方案
3.3 平原水库渗流计算问题研究
3.4 基于物联网的实时数据采集与传输
3.5 平原水库健康评价的理论研究
3.6 平原水库健康评价综合指标体系构建
3.7 平原水库健康诊断与预警模型
第4章 平原水库运行期风险管理
4.1 工程风险管理的理论基础
4.2 平原水库运行期破坏模式分析
4.3 平原水库溃坝概率分析
4.4 平原水库溃坝后果分析
4.5 平原水库风险分类和分级标准
4.6 平原水库风险处理与应急预案
第5章 平原水库智慧化大数据管理云平台设计与构建
5.1 大数据与云计算简介
5.2 平原水库智慧化大数据管理云平台设计
5.3 基于大数据中心的数据仓库和数据挖掘的构建
第6章 平原水库智慧管理工程应用
6.1 平原水库优化设计应用
6.2 平原水库运行期风险评价应用
6.3 平原水库智慧化大数据管理云平台应用