水库安全运行管理信息系统构成浅析

姚真凯

(浙江省水利水电勘测设计院，杭州 310006)

1 概述

我国幅员辽阔，江河众多。为合理开发利用水资源，减轻水旱灾害，修建了大批水库，在防洪、供水、灌溉、发电、改善生态环境等方面发挥了巨大的经济和社会效益。目前，利用先进的计算机技术和信息技术，建立水库信息管理系统，提高水库安全运行管理能力和效率已十分迫切。水库管理信息化是水库管理的先进技术平台，将水库大坝安全监测分析、洪水预报与调度、水雨情自动监测、视频监视、办公自动化等子系统集成为一体化的综合管理系统，对提升水库管理水平和效能、保障水库安全运行具有十分重要的作用。

2 管理信息系统开发现状

我国水库管理信息化建设始于20世纪八九十年代，一些水库结合除险加固工程的实施，在设置和完善大坝安全监测系统、水雨情监测系统的同时，开始构建水库管理信息系统。初期的水库管理信息系统建设主要是围绕大坝安全监测和水雨情监测，建设内容和子系统构成较为简单。经过二三十年的发展，特别是OA、GIS、GPS、RS等大量新的信息技术在水库管理中获得应用，促进了水库管理信息化的快速发展，如在管理信息系统中引入了计算机网络系统、办公自动化系统、视频监视系统、会商系统等子系统，在大坝安全监测和水雨情监测中扩展增加了大坝安全分析评价系统、水库调度决策支持系统等子系统，对具有相关功能的水库还专门设置发电、供水、旅游、养殖、航运等管理子系统。这些子系统的开发和发展有助于提升水库的管理水平，但在水库管理信息系统的总体设计和子系统构建上必须遵循“因库制宜、合理设置、围绕主题、突出重点”的原则，切忌管理信息系统架构复杂和子系统设置过多过滥、不实用、摆花架子，浪费资源。水库安全运行管理信息系统建设要依据水库规模、坝型、功能、管理实际需求和信息技术管理能力，科学构建系统框架，合理选用子系统，因库制宜，发挥效益。

3 合理确定子系统构成

3.1 水库管理业务系统组成

随着对水库信息化建设的日趋重视，逐步开发了许多满足各类功能要求和应用条件的独立子系统，但也使整个信息系统构成显得越来越庞杂，致使使用效率大打折扣，部分系统间功能重叠，数据冗余严重，数据孤岛问题日益突出。笔者经过梳理，认为可将众多子系统分解为三类，即基本子系统、扩展子系统和专用子系统。各水库可根据规模、坝型、功能和管理实际需要合理选用子系统，在重点保障基本子系统建设和完善的基础上，再根据需要选用部分必要的扩展子系统和专用子系统。为便于管理与使用，可将选定的主要子系统或所有子系统集成为水库综合管理信息系统。

基本子系统为水库安全运行管理系统的基础项目，包括:计算机网络系统、水情测报系统、洪水预报系统、大坝安全监测系统、视频监视系统、办公自动化系统等。

扩展子系统为选用项目，可根据水库规模、坝型、功能、管理需求和信息技术管理能力，逐步按需扩展建设相关子系统，如:大坝安全分析评价系统、水库调度决策支持系统、闸门控制系统、水质管理系统、信息发布系统、会商系统、水库安全巡查系统、库区管理系统等。

专用子系统是具有相关功能水库的定制项目，如:对具有发电、供水、旅游、养殖、航运等功能的水库，可根据需要增加建设相应的专用子系统。

3.2 基本子系统

3.2.1 计算机网络系统

该系统是水库信息化的基础部分，包括管理单位内部局域网建设、局域网之间连接、局域网和广域网连接。

3.2.2 水情自动测报系统

实现对水文信息进行实时遥测、传送和处理，并根据实测的水文信息对模型的结构、参数、状态变量、输入量或预报结果进行实时校正，从而使水文预报更符合客观实际，提高了水情测报速度和水文预报精度。水文数据供随时查询，查询的信息有实时、历史及预报降雨信息等。

3.2.3 洪水预报系统

该系统根据水库流域和河道特征、天气形势分析、实测水雨情，选择合适的预报方法和预报模型，完成洪水预报。

3.2.4 大坝安全监测系统

该系统由自动监测和人工监测两部分组成。自动监测通过数据采集仪器对传感器进行测量，测量的数据传送至监测主机，数据采集软件对测量数据进行计算，结果存入数据库;人工检测由工作人员使用仪器测量，测量数据通过数据采集软件计算后存入数据库。水库大坝安全检测系统一般还具有数据维护、资料整编等功能。

3.2.5 视频监视系统

该系统用于加强水库安全检查和防范，由摄像机、控制云台、视频服务器等组成。摄像机一般位于水工建筑物的关键部位，如:溢洪道闸门、大坝坝顶、大坝上下游坡、放水洞口等。

3.2.6 办公自动化系统

以文档一体化管理和日常工作为核心，主要包括公文管理、任务管理、会议管理、档案管理、公共信息、车辆管理、考勤管理、人事管理、设备管理、图书管理、领导查询、个人事物等。

3.3 扩展子系统

3.3.1 大坝安全分析评价系统

该系统是在工程技术人员参与下对水库大坝安全进行分析评价。包括监测资料的过程性分析、位势分化、引流量分析、相关分析、断面分析、平面分析和变形稳定分析、渗流稳定分析、结构稳定分析、抗震稳定分析等。

3.3.2 洪水调度决策支持系统

该系统能为决策者快速直观地提供多层次、多方面的信息。在实时状态下，能够根据各种调度模型和洪水演进模型、水库及坝下防洪关键点与库区淹没区的水情、工况和社会经济状况以及不同控制模式，生成洪水调度预案系列，并进行仿真计算，实现实时制定和比选洪水调度方案的目标，为防洪调度决策提供支持。

3.3.3 闸门控制系统

该系统实现对溢洪道、放水洞闸门的自动控制。主要功能有闸门控制、闸门状态测量、闸门运行管理、闸门信息管理等。

3.3.4 水质管理系统

该系统对水库水质的相关信息进行管理，主要功能有入库排污口与污染源管理、水质监测信息管理、水质评价、水质状况统计、水质保护管理等。

3.3.5 信息发布系统

该系统以网站的形式，发布水库的基本信息、安全信息和其他相关信息。

3.3.6 会商系统

该系统是为水库管理单位与水库主管部门、防汛抗旱指挥机构和相关水利工程管理单位提供会商服务的视频系统，也是水库应急处置和洪水调度的指挥系统。会商系统终端是提供双向实时通信的客户端，支持视频和音频通信，通过计算机网络将各客户端(会场)组成一个协调运行的系统。

3.3.7 水库安全巡查系统

该系统是为及时发现和排除安全隐患而开发的。系统依托智能终端的GPS、GPRS、3G及摄像等功能，建立水库安全巡查应用平台。它通过GPRS、3G链接互联网，由 GPS获取当前地理位置，利用手机摄像功能，标绘巡查员的实时巡查路径，及时准确描述发现隐患信息并及时上报到管理中心，为及时处置和消除隐患赢得时间。

3.3.8 库区信息管理系统

库区管理信息系统内容包括:库周边经济社会发展情况，库区土地征用、移民安置和库区移民线以上蓄洪、滞洪区内的土地利用情况、淹没损失情况;库区定期巡查与监控情况记录，对违法水事、环保案件调查与处理情况;建立库区视频监视系统和库区管理数据库。

3.4 专用子系统

对具有发电、供水、旅游、养殖、航运等功能的水库，可增加建设相应的专用子系统，如建设发电站数据采集系统、供水(灌溉)管理系统、水利旅游管理系统、水产养殖管理系统、水库航运管理系统等。

4 开发实例

4.1 通济桥水库安全运行管理系统概述

业务系统首页图

通济桥水库是浦阳江干流的骨干防洪工程，坝址距浙江省浦江县城中心4km，控制流域面积104.5km2，总库容0.8076亿m3。水库直接保护浦江县城、黄宅等6个乡镇(街道)23万人口的防洪安全。通济桥水库安全运行管理系统是在实施除险加固工程后，针对水库日常管理而研制的一套开放式管理系统，系统基于面向服务的体系结构(SOA)进行设计，采用B/S模式，系统部署在水库管理处，通过互联网进行访问。

4.2 总体架构

通济桥水库安全运行管理系统的建设，从下至上可分为网络及硬件支撑层、数据汇聚层、应用支撑层、业务系统层四个层次。

a.网络及硬件支撑层。包括网络和系统的硬件设备，如:工作站、服务器、监测传感器、终端机等。

b.数据汇聚层。包括将各个自动化系统采集的各类数据、空间数据及水库综合数据库包含的各类属性数据等按标准格式进行汇聚和统一管理，供工作管理平台调用。

c.应用支撑层。包括各个支撑系统的应用软件及工作管理平台软件、配套设施中的实时定位及指令系统、各类应用服务、公共基础服务、系统资源服务。

d.业务系统层。业务系统层的建设，主要根据水库的管理特点和资金申请情况，合理确定建设规模和建设内容，本次建设的系统主要包括办公自动化、项目管理、防汛物资管理、预警发布、工情查询、水雨情监视、大坝安全监测、视频监控、水库巡查等。界面见下图。

4.3 系统开发运行情况

该系统于2012年底完成第一期的开发工作，现已部署在水库管理处，投入试运行。系统管理员通过统一身份验证系统，为水库工作人员划分了3级权限，各工作人员可登录系统查询相关信息，完成岗位日常工作，以及基于审批流的各项其他任务。后续将优化业务流程，补充业务数据，不断完善和改进系统，更好地服务于水库管理的方方面面。

5 结语

水库安全运行管理系统是水库管理非工程措施的重要组成部分，在系统的架构设计和子系统构建上必须把握“因库制宜、合理设置”的主线，精心设计建设内容。对于部分水库存在建设内容多、投资额大的实际情况，可以分批、分阶段实施，但应优先保障基本子系统的建设，以期通过信息技术手段，不断提高水库管理水平，充分发挥水库设计综合效益。

1 叶舟．水库安全管理［M］．北京:中国水利水电出版社，2012．

2 姚真凯，杨坚．通济桥水库安全运行管理系统初步设计［R］．杭州:浙江省水利水电勘测设计院，2012．

3 杨坚，姚真凯．通济桥水库自动化系统设计报告［R］．杭州:浙江省水利水电勘测设计院，2012．