大型水库工程信息化建设内容及要点分析.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 21 大型水库工程信息化建设内容及要点分析 王 军 新疆昆仑工程咨询管理集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000 摘要：摘要：通过对大型水库的全面调研和分析，我们发现，信息化建设对其来说至关重要，它不仅可以满足防洪、供水、灌溉等方面的要求，还可以实现智能应用。因此，我们把“全面感知、可靠传递、完善基础、智能应用”作为建设的重点，努力构建信息资源，优化运行环境，开发数据资源，搭建应用支撑，打造业务应用系统，最终达到大型水库的信息化建设目标。本文将聚焦于大型水库的信息化建设，以解决实际问题和满足需求为目标，突出它们所承担的防洪、供水、灌溉等功能，并将“全面感知、可靠传递、完善基础、智能应用”作为建设的核心，努力搭建完善的信息资源、运行环境、数据资源、应用支持和业务应用系统，从而实现对大型水库的高效管理。关键词：关键词：水库；工程信息；建设 中图分类号：中图分类号：TV51 0 引言 面对日益增长的挑战，水利工程必须采取更先进的技术手段，如防洪、供水、生态恢复、信息化建设，来满足当前的需求。水库工程作为水利系统的基础，其重要性无与伦比，既能够满足发电、灌溉、供水、防洪、保护生态环境的要求，也能够保障公众的安全，促进社会的可持续发展。随着科技的发展，采用 IT 技术可以显著提升水库工程的运营管理效率，提高工作效果，并增强综合决策的支撑能力。近年来，广西在水库运行管理信息化建设上取得了显著进展，但由于认知水平和地域经济的限制，信息化建设仍有待提高，其应用范围也仅限于防汛和大坝安全，无法满足当前水库运行管理的多种需求。1 大型水库工程信息化建设总体框架 IT 对于大型水库的发展至关重要，它不仅包括信息的采集、传输、基础环境、计算存储、数据资源、应用支撑、业务流程、网络安全、保护以及用户体验等，而且还可以帮助实现对水库的监测、管理、控制等。随着网络技术的飞速发展，“算力”已经成为一个具备多种功能的解决方案，既能够提供高效的信息上传，又能够提供及时的指令发布，同时，“算力”也支持多种形式的计算存储，比如自建云、水利云、政务云，更能够有效地管理和运用各种资源。基本设备，例如大屏幕、视频会议、视频监控和机房环境，是信息化系统的核心组成部分，它们不仅为整个系统的运行提供了坚实的基础，也为“算据”的实施提供了强有力的支持。此外，数据资源层也是完成各项任务的重要组成部分，负责收集、整合、分析、存储和管理各种数据，以满足工程信息化的要求。应用支撑是一种强大的技术工具，能够将多种技术融合在一起，比如通用基础技术、通用专业技术、水利技术等，构建一座跨越时空的桥梁，实现技术的跨界融合，推动“算法”的工程信息化发展。为了有效地实现水利工程信息化的运行，我们必须构建一个完备的业务应用系统，包括水文测报、闸泵阀监测、防洪调度、工程安全监测管理、网络信息安全，以确保信息的安全性、可靠性，同时也能够为用户提供一个简单、高效的信息交流平台。水利工程信息化的进步需要建立健全的保障机制，其中包括严谨的监督、科学的政策、可持续的投入以及高素质的专业人员。2 建设内容及要点 2.1 信息采集 为了确保大型水库的安全性和稳定性，我们应该建立一个完善的监控系统，包括水文、图像、视频、工程安全、闸泵阀及避洪预警等多种功能。此外，如果条件允许，我们还可以利用遥感、地震、机电和金属设备在线监控以及移动端信息采集技术，以更加精准地掌握水库的运行状态。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 22 为了保证新建的大型水库能够有效地抵御水土流失，我们将定期进行水土保持监测，并密切关注施工期间的气候变化、温度变化以及周边环境的变化情况。2.1.1 水库安全 为确保大型水库的正常运营，我们必须遵守水文站网规划技术导则（SL 34-2013）、水文基础设施建设及技术装备标准（SL 276-2002）等相关法律法规，建立完善的水文监测网络，加强与流域管理机构、地方水行政主管部门的沟通，及时发现和处置水文灾害，确保水资源的可持续利用。为了确保水库的正常运转，水文监测站必须密切关注水位、流量、降水、泥沙、水质以及土壤情况，并且在每个水库的集雨面积上，必须设置 2 个以上的监测站，而在坝区，必须设置 1 个以上的监测站。在汛期和降雨季节，为了更好地收集信息，建议每 5 分钟进行一次自动采样。为了保证水库的正常运转，我们强烈建议在水库的坝前、坝后各设置 1 个水位自动检测站，并且要求其检测频率达到 6 min/次以上，同时，也要对水库的入出库情况实施实时的流量检测。为了确保工程的有效实施，我们强烈建议对多沙河流的水库实施全面的沙源监控，包括定期检查排沙过程中的沙子含量，以及每日 1 d/的沙源检测。为了确保城乡居民的饮用水安全，我们强烈建议在环境保护方面安装先进的水质检测系统，以确保饮用水的可持续性。为了确保环境的可持续发展，我们必须定期检查水库的温度，包括入库和出库的温度。此外，负责提供生态用水的水库也必须密切关注下游的生态流量。2.1.2 图像视频监控 通过使用视频监控技术，我们可以实时监控大坝、溢（泄）洪道、泄洪闸（洞）、水位尺、闸站主体及闸门、重要测流断面水域、易滑坡变形处等关键部位。这些视频信息可以存储在 7 天到 15 天之间，并且根据水利视频监视 STS（SL 515-2013）的相关规定，我们可以进行网络布局。应该充分利用工程视频技术，实现对主要设备的远程操控、实时报警、安全监控以及建立完善的电子围栏。2.1.3 工程安全监测 通过严格的安全监测，我们可以确保水利工程的稳定性，并且能够准确地识别出潜在的危险因素，如变形、渗流、应力应变、温度、水力学、强振、环境量等。为此，我们将严格按照水利水电工程安全监测设计规范（SL 725-2016）的要求，确保监测的准确性和可靠性。2.1.4 闸泵阀监控 采用闸泵阀监控技术，可以实现对水力发电厂的全面控制，包括对电压、电流、压力、流速、流量、温度、油位、数字量、电量、开关量等机组电气参数的实时监测，同时，为了确保系统的可靠性和安全性，必须严格按照水力发电厂计算机监控系统设计规范（DL/T 5065-2009）的要求进行操作。为了确保水库的安全运行，我们强烈建议采取有效措施，包括加强对防洪、发电、灌溉、捕捞、生态流量调节以及河道清理等重要控制性工作的监督管理。此外，为了更好地实现这些目标，我们建议将相关设备的实时监测和控制信息存储在专用的存储系统中，而不是通过水利云或其他公共服务平台。2.1.5 避洪预警 为了有效防范洪水灾害的发生，我们应该采取一系列有效措施，包括安装预警广播、设置警示牌、安装卫星电话以及安装水位监测设备等，特别是在易受洪水影响的乡镇、行政村、自然村和居民区，应该加强预警系统的建设，并在受洪水威胁的村落安装水位监测设备，以便及时发现洪水的威胁，并采取有效的应对措施。依据山洪灾害监测预警系统设计导则（SL 675-2014）和山洪灾害预警设备技术条件（SL 762-2018）等规范，采取有效的防洪措施，以确保人民的生命财产安全，是我们应尽的义务。2.1.6 遥感监测 利用卫星遥感技术，我们可以对库区进行全面的时空信息收集，包括岸线监控、巡检、水质检测和淹没范围的分析。为了更好地完成这些任务，我们将首选购买相关的技术支持。2.1.7 地震监测 如果一座水库的坝高达（80 m），库容达（1 亿 m3），而且其周围 5 km 处有可能发生活动断层，而且其地震基本烈度已经达到级，那么就需要向当地的地震监测机构提交申请，以确保其符合水库地震监测技术要求（GB/T 31077-2014）的要求，并建立专用的地震监测站网。中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 23 2.1.8 机电及金属设备在线监测 利用在线监测技术，我们能够更加精细地检查重要的机械和金属设备，如水轮机、发电机、水泵、电动机、调流阀、闸门等，并记录其工作状态，如油、气、水、水力、振动、应力应变等，从而更好地保障大型闸泵阀的正常运行。为此，我们强烈推荐遵循水力水电工程机电设计技术规范（SL511-2011）、水电工程金属结构设备状态在线监测系统技术条件（NB/T 10859-2021）等相关规范，以便更好地实现对这些设备的实时监控，从而更好地保障其安全运行。为了确保系统的高效运转，我们必须采取措施。2.2 通信及安全 2.2.1 网络分区 为了建设大型水库，应将网络划分为工控、业务、实时控制、过程监控、信息管理和互联网服务等多个子网，每个子网都应具备完善的网络出口、交换、生产、控制、安全管理和计算存储功能，以确保网络的高效运行和安全管理。为了提高实时控制能力，我们在泵站、重要闸（阀）门和其他相关设备上安装了先进的系统和模块，并在过程监控区安装了先进的应用程序，以实现生产和业务管理，同时在互联网服务器上安装了高性能的服务系统，以满足用户的需求。为了确保安全，工程的工控子网和业务子网必须建立在一个物理上完全分开的网络环境中，并且在它们之间安装安全隔离设施，以确保数据的安全性。此外，为了满足跨安全分区的通信需求，必须确保业务系统处于一个安全的分区中。2.2.2 通信传输网络 在设计水利系统通信系统时，我们必须充分考虑信息传输的要求、传输的范围和可用的资源，并结合水利系统通信业务技术导则（SL/T292-2020）的要求，经过多种可行的通信方案的比较，最终选择最适宜的通信技术，例如：自建光纤通信、租用公网通信、移动通信、卫星通信和超短波通信等。为了更有效地利用广西水利信息网，我们应当采取多种措施，如租赁专线、自建光缆等，以确保管理机构之间的高速、稳定的信息传输。此外，对于库区内的关键设备，也应当采取自备的光纤网络来实施实时的监测。当两个地方之间的距离很大时，最好采取点对点的专线来连接。在库区附近，如果有大量的监测站，应该使用自己的光纤进行统一传输。如果有许多分散的监测站，则应该使用移动通信或其他方法进行传输。如果这些监测站之间没有遮挡，则应该使用超短波或其他方法进行自组网。在无线信号较弱的地区，则应使用北斗短报文进行传输。为了确保在极端情况下的信息报告和预警发布，重要的水文监测站、工程安全监测站等站点应当建立北斗短报文系统，并且采用北斗三号短报文系统的站点，必须向水利部相关部门提交申请，而且所需的通讯卡以及相关的通讯费用都是免费的。为了确保重大工程的安全性，建议对关键的通信网络和设备进行充分的备用和维护。2.2.3 数据资源 为了有效管理大型水库，我们应当建立一个完善的数据资源体系，其中包含各种共享的基础信息、实时监测数据、空间信息、工程设计、施工图纸、BIM（bim）等资料，并且可以考虑构建一个水利数据模型或数据引擎，以便更加有效地管理水库。随着水利技术的不断进步，许多前沿的技术也应运而生，其中包括水利数据模型、水利网格模型以及数据引擎，这些技术可以有效地支持用户对水利信息的整合、处理、分析和共享。2.3 应用支撑 当设计大型水库时，必须充分考虑其尺寸、特性、功能要求，并精心挑选出最佳的支撑结构。一般来说，可以采用普遍的基础支撑或者特殊的水利支撑，但是，如果环境有所改善，也可以采取更加专业的技术。基础技术的发展为我们带来了前所未有的便利，它不仅仅包括操作系统、数据库、电子签名、工作流引擎、报表与图形服务、消息服务、地理信息平台，还有各类通用的商业软件，比如水利可视化平台，它们为我们的水资源管理、水力学、泥沙动力学和水利工程安全的实施提供了强有力的保障。该专业提供多种通用技术，涵盖了遥感、视觉、语音和知识平台，并提供了定制化的智能识别和分析模型，如可视化和仿真引擎。2.4 业务应用 中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 24 为了确保各类水库的可持续发展，我们必须对其运营情况进行深入的研究，结合实际情况，制定出符合实际的业务流程及标准。尤其是对于大型水库，我们更应该重点投入，实施完善的信息管理、水文测报、闸泵阀监测、安全监测及视频监控，并迅速搭建“四预”（预报、预警、预演、预案）功能的应用体系，以确保工程的高效实施。如果可能，我们将大力发展多样化的业务，从监控、安全、应急处理、行政管理、工程门户到移动 App，以满足不断变化的需求。此外，我们也会积极探索并实施数字孪生技术，以提升水库工程的效率。2.5 信息基础环境 为了有效地管理大型水库，我们强烈建议在其中设置一个分控中心，以便对其进行有效的分区监控。此外，我们还可以采用先进的技术，如大屏幕显示器、视频会议系统、监控系统以及机房环境监控等，以提升管理的效率。为了更好地服务于上级水利行政主管部门，我们建议在分控中心内安装一套高效的视频会议系统，并且严格按照数据中心设计规范（GB 50174-2017）的要求，精心布置机房的配电、机柜、空调、消防、照明及防雷等各项设施，以确保其正常运转。3 大型水库信息化管理未来发展方向 3.1 数据库集成开发技术 数据库集成开发技术是构建大型水库运行管理信息平台的关键，它可以实现实时的数据采集、分析、处理，并且可以利用先进的软件平台，为水库工程的运行管理提供有效的决策支持，从而推动水库的可持续发展。在数据库集成过程中，我们遵循严格的数据采集和存储标准，收集、保存和整合所有数据，并使用 Web Service 和 HTTP Service 协议来实现集成，以提供优质的数据服务。3.2 720全景图技术 720全景图技术是一种将三维空间与地理信息技术相结合的先进手段，它可以帮助我们更加准确、直观地获取水库工程的实时状态，并且在实际应用中发挥着极其重要的作用。它可以将周边环境的几何关系以三维的形式呈现，从而使我们能够从不同角度、不同层次、不同层次来观察周边的环境。通过使用无人机在高空捕捉 720的视角，并使用全景拼接技术对捕获的建筑物，如水库、泵站和闸门，进行后期处理，以呈现出完整的 720全景图。3.3 NFC 安全巡查巡检技术 NFC 技术是一种新型的移动智能终端，它可以通过集成的感应式读卡器，实现远距离的数据传输和交互。该技术的应用范围涵盖了 GPS 定位、互联网、云计算、IoT 等多种技术，并且可以建立一个基于 SaaS 的互联网+架构。通过 NFC 安全巡查巡检系统，可以实时监测水库的运行状况，及时发现和解决存在的工程、设备等问题，从而大大提升水库的运行管理效率和能力。例如，随着科技的发展，NFC 安全巡查巡检技术的应用，使得水库的运行管理不再受到传统模式的限制，可以通过信息平台实时准确地获取水库运行的相关数据，从而有效避免坝体表面异常、坝身裂纹、机电设备故障等问题，从而有效提高水库的安全性，并且可以有效地满足巡查巡检人员的检查要求，从而有效地降低水库运行的风险，保证水库的安全运行。确保大坝和水库工程的设施设备处于最佳状态，以确保水库工程的安全、有效运行。此外，应定期进行巡查巡检，以确保其运行管理的可靠性。3.4 信息化管理子系统 通过建立一个完善的信息化管理子系统，可以实现对水库工程的视频监控、安全监测、档案管理等，从而有效地提升水库的标准化、信息化建设水平，为水库工程运行管理人员提供更加便捷的服务，并有效地进行综合评估。通过信息化管理子系统，可以实现任务的有效设计、信息的有效传输、部门与用户的有效管理、权限的有效分配，从而使管理者更加轻松地进行操作与维护。4 结束语 水库是一项复杂的系统，其功能、布局和管理模式都有所不同。因此，要想有效地推进水库工程的信息化建设，就必须将安全放在首位，并遵循“需求驱动、统筹协调、共同参与、持续改进、先进适用、安全可控”的原则。为了满足“四预”的要求，大型水库应当采取有中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 25 效措施，如建立数字孪生技术，并且要与上级水行政主管部门协调，以满足上下游、左右岸以及其他相邻地区的水利工程信息化管理需求，包括建立计算存储、信息基础环境和网络安全体系等。参考文献 1习近平.决胜全面建成小康社会夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告J.学理论,2017(11):1-12.2鄂竟平.工程补短板行业强监管奋力开创新时代水利事业新局面在2019年全国水利工作会议上的讲话(摘要)J.中国水利,2019(2):1-11.3皇甫泽华,史亚军,张玉明,等.大型水库工程建设期 管 理 系 统 设 计 与 应 用 J.人 民 黄河,2019(2):111-114,118.4黄建明.阿岗水库综合信息智能化管理系统关键技术研究J.水利信息化,2018(6):62-68.5董建良.江西省水库运行管理系统期建设设计研究J.水利建设与管理,2020(10):59-62,82.