四川省中小型水库信息化建设架构体系研究.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023收稿日期：2022-08-31基金项目：四川省科技厅成果转化项目（2022JDZH0022）；四川省水利厅重点项目（2022-SKY-ZXKY-4）；四川省科技厅基本科研项目（2023-SKY-ZXKY-4）作者简介：邓朝仁（1994），男，贵州安顺人，工程师，硕士，主要从事水利信息化方面的研究工作E-mail：四川省中小型水库信息化建设架构体系研究邓朝仁，杨源，陈玥，代强，卢鑫，阚飞（四川省水利科学研究院，四川 成都 610072）摘要：水库信息化建设是智慧水利建设的重要组成部分，已成为当前水利领域的重要研究内容和发展方向。针对四川省中小型水库信息化建设存在基础监测设施薄弱、信息化技术支撑力不足、业务应用不全、建设标准不统一的问题，提出以“一个平台、两个中心、三大体系”为主要内容的水库信息化建设架构体系，详细分析各组成部分的功能和关键技术。以四川省寸塘口中型水库为试点，证实该架构体系取得了显著成效。关键词：中小型水库；信息化；综合管理平台；寸塘口水库中图分类号：TV697.1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.1011引言水库工程是重要的民生工程，在防洪排涝、农业灌溉、城乡供水、生态补水等方面发挥重要作用，水库的安全稳定运行直接影响区域经济可持续发展和社会和谐稳定。水库建设年代久远、建设标准偏低、资金投入不足、管理体制不完善等多重因素严重影响水库工程的安全运行和经济效益的发挥1。因此，如何提升水库的运行管理水平、强化安全保障能力并长期发挥水库工程效益，已成为当前中小型水库研究的主要方向。近年来，水库运行管理越发受到重视，国务院办公厅印发了 关于切实加强水库除险加固和运行管护工作的通知，明确提出要提升水库信息化管理能力，加快建设水库雨水情测报、大坝安全监测等设施，健全水库安全运行监测系统等，为水库信息化建设提供重要政策保障2。同时，物联网、大数据、人工智能、遥感、5G等先进技术广泛应用，为水库信息化建设提供技术保障。目前，我国广东省、河南省、贵州省等地区已开展了水库信息化管理平台建设并取得了积极成效3。四川省是全国水库大省，已建水库8 000余座，其中：大型水库仅47座，中型水库200余座，其余均为小型水库，中小型水库数量占比达到99.4%，但目前全省中小型水库信息化建设处于起步阶段，存在基础设备设施不全、管理技术不足等较多问题。本文结合四川省中小型水库运行管理实际情况，针对中小型水库信息化建设进行深入研究，以大英县寸塘口水库作为试点，构建寸塘口水库信息化综合管理平台，以期为类似水库信息化建设提供借鉴。2水库信息化建设存在问题与沿海发达省市相比，四川省水库信息化建设仍显不足，主要存在以下问题。（1）基础监测设施薄弱。当前四川省仍有接近一半的水库无在线自动化监测设施，尤其是中小型水库居多。同时已有监测设施的水库大都仅建有雨量、水位计量设施，监测指标不全，且监测视频只能定时上传图片，不能实现实时监控。（2）信息化技术支撑力不足。四川省多数中小型水库缺少自建的水利信息网络、信息化数据中心、在线视频会商中心等，信息化技术不能支撑水库现代化管理。（3）业务应用不全。四川省大部分市县水利局无自用水库业务管理系统，只能利用省级业务应用系统进行基础数据填报，而现有省级业务应用系统功能不完整、模块单一、智能化水平低，不能满足水库运行管理过程中智能、高效、协同的需要。（4）建设标准不统一。受限于建设资金少等影响，难以从全局高度对水库信息化建设的结构、功能和标准进行统筹考虑，只注重监测设备安装，存在数据共享困难、系统设备兼容性差等现象，不能很好地发挥水库信息化建设效益。3水库信息化建设架构体系设计四川省中小型水库数量众多，为避免重复建设和便于统一管理，以县域为中心开展中小型水库信息化建设，构建由“一个平台、两个中心、三大体系”组成的水库信息化建设架构体系。其中：一个平台指水库综合管理平台，两个中心指数据中心和调度会商中心；三大体系指物联感控体系、网络传输体系和综合保障体系，总体架构体系见图1。（1）物联感控体系。物联感控体系由感知体系和控制体系组成。感知体系主要包括水位、雨量、流量、水质等水情监测，图1水库信息化建设架构体系 192人 民 黄 河2023年S1大坝变形监测、渗压监测、渗流监测等工情监测，以及水事视频监控等物联感知设施。感知体系建设应结合站网规划技术规范，按照统一要求、因库制宜、简便实用原则，综合考虑工程规模、坝型特点、坝高坝长等因素，新建设施或对已有设施进行完善或整合，充分发挥基础设施的效益4。控制体系建设主要针对闸门、泵站等控制构筑物实施远程自动化控制，有效减轻管理人员工作压力，提升管理效率。（2）网络传输体系。通信网络建设是实现水库管理范围内信息传输、交换、存储的必要途径。网络传输体系主要由感知网、工控网和业务网3个部分组成，其中：感知网是指雨量、水位、流量、水质等前端感知设备数据的传输网络，结合水库实际，可采用无线互联网、商务专线、自建光纤网络等；对于工控网，根据工程规模并充分考虑网络安全，优先选择自建光纤网络；业务网主要针对省、市、县级节点的水利专网以及重要水库的管理站节点进行建设，构建起覆盖主要水库及监测站点的数据通信网络，并实现与上级管理部门的互联互通。（3）数据中心。数据中心建设以县级水管单位或重要水库枢纽工程管理站为节点统一建设，建设标准参照 数据中心设计规范（GB 501742017），可实现水利数据的集中存储、共享以及数据服务的统一部署和管理，为水库信息化建设提供安全、稳定的环境。（4）调度会商中心。调度会商中心主要以县级水管单位或重要水库枢纽工程（中型水库）管理站为节点统一建设，可为水库管理工作的会议召开、防汛调度指挥、人员培训等多方面业务提供有力保障。调度会商中心主要由大屏显示系统、视频会议系统及相关配套设施组成，实现大屏显示、场景调用切换、会议扩声、声光电设备集中控制等基本功能，便于参会人员直接获取有效信息。视频会议系统主要为指挥调度、会商决策提供技术支撑。（5）综合管理平台。综合管理平台主要由实时监测、预警预报、调度管理、事务管理、物联管理和移动工作台等模块组成，全面支撑水库高效、智能、协同管理。实时监测模块提供水库运行状态、雨情、水情监测，历史洪水信息查询、图形显示、报表输出及辅助决策分析服务；预警预报模块以工程安全稳定运行为边界，设定各监测要素预警阈值，针对超限情况以多种方式实现预警通知服务，并基于气象数据和相关模型对入库洪水进行预报，包括入库洪水量预报和下游影响预报等；调度管理模块主要基于实时水情监测数据和水库调度案例，生成辅助调度决策结果，同时支持下达调度指令并实时监控设备运行状态；事务管理模块主要提供水文资料整编、档案管理、水政辅助管理等功能，提高水库行政办公事务管理水平；物联管理模块主要提供物联设备位置、设备名称、设备编码、传感器名称、设备在线或离线状态等信息查询与管理服务；移动工作台集水库管理、信息监视、水库巡查、事件处理、消息提醒等功能于一体，使工作人员可以随时随地进行互动，提高工作的协调性。（6）综合保障体系。综合保障体系主要由标准规范体系和安全保障体系组成。标准规范体系主要包括水库信息化软硬件设备管理及运行维护的指导性规范，用于指导基层人员运用和维护信息化设备。安全保障体系主要包括水库信息化建设的网络安全、数据中心安全、系统安全保障技术以及管理制度，为信息化建设长效稳定提供保障。4工程实践寸塘口水库位于遂宁市大英县寸塘口河中游，是一座以灌溉和供水为主，兼有防洪效益的中型水库，水库总库容为1 960万m3，控制集雨面积为108 km2，左、右两岸分别通过引水隧洞向四五水库和五五水库输水，是向大英县供水的骨干水利工程之一。水库枢纽工程由大坝、溢洪道、左右干渠放水设备、放空设备等组成。以寸塘口水库为试点，采用四川省中小型水库信息化建设架构体系实现库区水位、雨量、流量、水质等数据的实时获取，提升闸站的远程自动化调控能力，减轻管理人员的工作压力，提高水库应急响应速率和管理效率，通过监测取用水量提高了供水直接效益。建立的寸塘口水库信息化综合管理平台实现了整个水库运行管理的可视化、在线化、规范化、精细化和高效化，显著提升了水库水资源、水生态、水环境、水工程管理水平，为有效保障水库运行安全和效益发挥提供重要支撑。5结语本研究针对四川省中小型水库信息化建设基础设施不足、业务应用不全、建设标准不统一等问题，提出了以“一个平台、两个中心、三大体系”为主要内容的水库信息化建设架构体系，详细解析了架构各模块的功能及实施路径，并以寸塘口水库为试点开展应用示范建设，实现了整个水库运行管理的可视化、在线化、规范化、精细化和高效化，减轻了管理人员的工作压力，提高了水库管理水平，研究成果可为类似水库工程信息化建设提供参考。参考文献：1 李凯锋.基层中小型水库运行现状、存在问题及对策分析 J.内蒙古水利，2016（6）：66-67.2 李麒，杨光，张玉炳，等.基于边缘计算的中小型水库信息化管理新模式 J.人民长江，2021，52（增刊2）：316-319.3 周正媛，龙正翔，陈静.贵州省中小型水库运行管理信息化平台研究 J.水利信息化，2021（3）：81-85.4 张双翼.大连地区小型水库雨水情和大坝安全监测信息化平台研究 J.水利技术监督.2022（4）：51-54，78.【责任编辑栗铭】193