中型水库信息化体系结构设计与研究

姚真凯 金富炳��

摘要：随着水利工程逐步从建设为主转变为管理为主，信息化对工程运行管理支撑作用越来越重要，本文探讨了水库信息化工程建设的技术路线、总体框架和构成，并对相应单元工程做了简要建设说明，最后介绍了笔者负责和参与实施的相关项目的设计案例。

关键词：水库平台；体系结构；运行管理

1 研究概述

1.1 研究背景

随着水利工程逐步从建设为主转变为管理为主，信息化对工程运行管理的支撑作用越来越重要，加大水利工程信息化建设力度，对提高工程管理效率，实现工程标准化管理，保证工程安全运行都有着十分重要的意义。

作为水利工程典型代表的水库工程，是水利系统的重要基础工程，其信息化建设也是水利信息化的重要实施对象。随着计算机与信息技术的快速发展，采用新技术、新装备对整个水库进行现代化改造和信息化建设，可以进一步挖掘水库潜力，加强水库运行管理的科学性，充分发挥水库工程的功能和效益。

1.2 水库信息化现状与主要问题

随着信息技术的不断普及和工程管理理念的进步，浙江省大中型水库普遍建成了由现场自动化量测设施、远程无线通讯、监测数据采集系统、信息处理查询及发布等组成的完整信息化系统，有效实现了水库的雨量、水位、工程安全监测数据、视频监控图像等数据的自动采集和监控，为水库的安全管理与运行调度提供了及时准确的信息，提高了管理效率。[1]但是，对照新时期水库工程管理的需求、正在开展的水利工程标准化工作的创标要求，还存在不少问题，具体表现在如下几个方面：

1）部分管理数据采集、传输手段仍显落后。

2）自动化设备需加快标准化建设和有序维护。

3）工程管理数据汇集和共享水平有待进一步提高

4）工程管理软件系统功能和架构设计需更加契合用户实际需要。

5）工程管理数据、信息系统智慧决策功能需强化深度应用。

1.3 基本措施

针对当前水库信息化工程存在的问题及发展前景，本文提出如下思路与措施，尝试对这些问题进行修正和完善。

1）研究在水库管理范围内设计并建立一套快速及时、准确可靠、先进实用、高度自动化的水雨情信息、工程安全信息、闸门监控信息、实时图像信息的采集、监测（控）与管理自动化系统，并通过采用新兴的数据微服务架构，搭建水库软件平台从底层实现工程管理数据实时交换，达到资源共享的目的。

2）通过研究基于水库主体工程配套建设的信息化软件系统，能为流域防洪减灾、水资源优化配置等提供决策支持，进一步提高管理决策速度和水平，提高工程的运行效益。

3）在水库管理区按需配备必要的信息化基础设施，实现对水库工程信息的立体可视化管理，做到洪水科学调度、大坝实时安全监控，有效预警大坝未来的安全性态，合理控制坝前水位，提高水资源利用率，充分发挥工程效益，进一步增强“三分建设、七分管理”的水利工程理念。

4）研究并提出一套典型的水库信息化工程的系统框架和子系统构成方案，达到合理选用、因库制宜、发挥效益的目标。[2]

2 技术路线

水库信息化系统是实现对水库工程信息一体化的管理。提出的信息化系统解决方案涵盖水库工程的安全管理、运行管理及综合管理。通过对信息资源的整合，可实现信息共享、数据智能分析及优化决策，实现对工程各类指标的实时监测、实时调度和实时运维。

以数据采集技术、视频技术、通信计算機网络技术、自动控制技术、GIS技术等技术为支持，以“采集自动化、传输网络化、集成标准化、管控一体化、决策智能化”为目标，通过采用功能层次划分的方法，实现各分项系统的建设与整合，并形成完整的水库工程运行管理信息化平台，支撑工程标准化运行管理系统建设，并提供标准化数据接口，兼容其他深度应用系统的续建和数据共享。

3 总体技术框架

水库工程运行管理信息化平台按功能层次划分为信息采集与监控、水库专题数据库、应用支撑与工程业务应用软件平台、工程信息化系统运行环境、信息安全等五部分。[3]

以上五个组成部分之间相互依存，缺一不可，共同组成了水库工程信息化综合体系。信息采集与工程监控是水利信息的主要来源之一；专题数据库与应用支撑平台是实现水利信息资源共享与利用的数据服务平台；业务应用平台是业务管理信息化的主要窗口，是业务信息化水平的重要衡量标准；水利信息系统运行环境是业务应用的基础设施；水利信息安全是业务系统安全运行和通讯的基本保证。

4 分项研究

4.1 信息采集与工程监测

水库信息采集是指利用遥测、通讯、数据接收与处理终端等技术，完成水库工程测区内固定及移动点位的雨量、水位、流量、水质等要素数据的自动采集、传输和处理。水库信息自动采集系统通常由前端传感器、遥测终端、通讯网络、中心站等组成，其中各类要素采集传感器差异最大，而中心站、通讯网络及遥测终端机建设较为类似。因此，信息采集自动化系统的通信网络、中心站等共性部分应与前端传感器分开，采用分段模块化思路进行分段设计和集成。

水库工程监监测要侧重于工程建筑物、实时工况信息的监测与监控，并在获得授权后，能对监控系统实施远程操控。主要由闸门监控、大坝安全监测、视频监控、电站监控等组成。

4.2 水库专题数据库

基于资料整编和信息采集成果，并根据水库工程管理和相关业务系统建设需求，需建设的数据库为：水利工程数据库、水利空间数据库、水文数据库、社会经济数据库、水利法规数据库、行政管理数据库、水质数据库、实时水雨情数据库、历史大洪水数据库、实时工情数据库、水利工程建设管理数据库等。

4.3 水库软件平台

水库软件平台分为应用支撑平台和业务应用平台，分述如下。

应用支撑平台，主要提供水库工程的管理数据资源服务和基本业务处理功能，为信息共享和水库工程业务应用系统建设提供数据和技术支撑。较为完整的应用支撑系统主要包括：数据共享与交换、综合信息展示与检索、数据分析、数据发布、专题服务等，水库工程应根据运用需要，适时开展建设。

业务应用平台，包括符合浙江省水利工程标准化管理要求的运行管理系统和水库管理提升之用的决策支持类系统。运行管理系统主要包括用户首页、综合信息、组织管理、工程检查、维修养护、监测监控、调度运行、应急管理、值班管理、档案管理和考核管理等功能模块。决策支持类系统主要包括三维可视化、工程实体影像、洪水预报、工程安全监测数据分析等功能模块。

软件平台应充分考虑整体架构的先进性、数据结构的合理性、核心算法的科学性，确保平台的整体性能合理，并精心选择功能模块组成，满足工程业务应用需求。

4.4 信息化基础运行环境

信息化基础运行环境主要建设目标为满足管理人员在工程管理房的日常信息化设施设备的使用需求，保证水库软件平台的正常部署和运行，保障日常水库管理数据的安全存储。

基于上述目标，运行环境建设主要包括库区通信网络、服务器与存储设施配备配置、中心机房、工程会商系统、集中监控系统和安防系统。

4.5 信息安全

信息安全建设可建立由服务器安全、网络安全、应用安全、实体安全以及安全管理等组成的具有防护、检测、应急响应的安全保障体系，同时采用先进的安全管理平台，提高系统的可靠性、稳定性和安全性。

5 研究实例

永宁水库位于浙江省诸暨市枫桥镇境内，坝址位于浦阳江流域枫桥江上，地处永宁村石砩自然村附近，距诸暨市县城约26km，距枫桥镇约9km。

永宁水库是一座以防洪为主，结合供水，兼顾灌溉等综合利用的水库。坝址以上集水面积73.6km2，水库正常蓄水位为44.00m，正常蓄水位以下库容为1332万m3，校核洪水位为49.45m，总库容为2308万m3，防洪库容1028万m3。工程建成后，可以使下游直接防洪保护区防洪标准提高到20年一遇，多年平均供水量为1159万m3，多年平均灌溉水量为69万m3。

永宁水库初设报告对本工程的调度运用、工程监测、工程安全运行和充分发挥工程效益提出了具体的意见，根据这些意见和要求，利用先进的计算机技术和信息技术，提高水庫安全运行管理能力和效率已十分迫切。以此为契机，于2016年初完成了永宁水库信息化系统专题方案编制，设计并建设一套以水雨工情采集、安全监测、视频监视、自动化控制、会商会议为基础，以基于WEB架构的水库安全运行管理平台为载体，将水库的防汛信息服务、洪水预报调度、水库在线安全监测、综合业务管理等系统，进行一体化数字集成管理，实现信息化条件下的水库安全运行管理。

6 结语

水库信息化工程是水库管理非工程措施的重要组成部分，在水库信息化工程的架构设计和单元工程组织上必须把握“因库制宜、合理设定”的宗旨，精心设计技术框架和各单元工程的建设内容。对于信息化建设内容多、投资额大的部分水库，可以分批、分阶段实施，但应优先保障基础功能的建设，以期通过信息技术手段，稳步提高水库管理水平和信息化应用深度，充分发挥水库的综合效益。

参考文献：

[1]何建宁.浅谈水库信息化发展及应用[J].技术与市场，2013（20）：227228.

[2]杨杰.水库管理信息化的相关问题分析[J].科技资讯，2015（25）：9.

[3]詹全忠，蔡阳.水利关键信息基础设施保护的思考[J].水利信息化，2017（3）：6366.

作者简介：姚真凯（1982），男，汉族，浙江杭州人，工作单位为浙江省水利水电勘测设计院研发中心，本科，工程硕士学位，工程师，研究方向：水利信息化；金富炳（1983），男，汉族，浙江玉环人，工作单位为浙江省水利水电勘测设计院，本科，工程师，研究方向为水利信息化。