宁波市推进水利工程运行管理智能化的实践与探索

孙春奇 ，余丽华 ，程海洲

（1. 宁波市水利局，浙江 宁波 315016；2. 宁波弘泰水利信息科技有限公司，浙江 宁波 315000）

0 引言

随着经济社会发展，水资源短缺、水生态损害、水环境污染成为常态问题，我国治水主要矛盾发生深刻变化，已经从同水旱灾害做斗争转变为水利工程补短板，水利行业强监管，信息化是水利工程补短板之一。随着新时期治水矛盾转变及持续推进水利改革发展的要求，水利工程运行管理面临新的形式和要求，而目前在水利工程管理过程中，存在着工程设施点多、量大、面广、管理难，工程自动化监控协同水平不高，工程调度技术支撑薄弱，缺乏统一的智能化监管手段等问题。为实现水利工程智能化运行管理，需要在现有宁波市水利信息化建设的基础上，将现代通信与信息、计算机网络、水利行业智能控制等技术汇集而成的智能化技术，融入到水利工程信息采集、调度决策、业务管理的应用中，推进水利工程管理的自动化及现代化[1-2]。及时开展水利工程运行管理智能化建设内容与关键技术研究，对于提高水利工程运行管理的现代化水平，大幅推进智慧水利建设，有积极的推动和促进作用。

1 工程运行管理智能化实践成果

宁波市是全国首批水利现代化试点城市与水生态文明城市建设试点[3]。宁波市水利信息化发展经过多年努力，目前已经基本形成感知、应用、保障3 个体系“三位一体”发展模式，大力构建先进实用、精准高效的智慧水利体系。为发挥智慧水利和工程管理智能化在防洪、供水、灌溉、挡潮、排涝等方面的重要作用，宁波市相继开展建设了水利工程运行管理系统、水库网络监管平台、数字三江、数字原水、江北区智慧水利综合应用平台、宁波城市动态洪水风险预报预警平台等一批业务应用系统。目前，已在洪水管理、水资源调度、水利工程管理、流域区域协同管理等方面取得部分成果，初步实现了工程运行管理的智能化。

1.1 洪水预测预报和决策调度管理

在洪涝灾害治理手段中，洪涝灾害的预测、预警、应急响应技术是保障滨海城市防洪排涝安全最重要的非工程措施之一，但目前在技术上存在预报预警能力低及应急管理薄弱等问题。为此《水利改革发展“十三五”规划》[4]，《“十三五”水利科技创新规划》[5]提出应用城市洪涝预警、调度及综合防控技术，提高暴雨和洪水预测预报的时效性、准确率，为水利工程安全和良性运行提供重要的运行依据，使其在防洪减灾中发挥巨大的效益。

宁波市地处东南沿海，是典型的江南水乡兼滨海城市，强风、暴雨、高潮、洪水、内涝等自然灾害频发多发。针对宁波市洪水多发、易发现状，在水雨情、闸泵工情、水库工情、城市积水点实时监测体系的基础上，建立较为完善的工程监测预警体系，并依托滨海城市洪涝风险动态预判与智能跟踪关键技术，建立了宁波中心城区洪水动态预报预警系统，根据暴雨前、中、后 3 个阶段洪涝风险动态预判作业模式，对山区洪水、平原涝水、外海潮位进行精确预报。同时综合考虑城市雨水管网的排水能力和内河水位对城市雨水管网排水的顶托作用，模拟分析计算宁波市区遭受暴雨、风暴潮和江河洪水袭击时，可能发生的城市内涝情况，实时绘制城市洪水风险图，统计分析灾情损失，为洪涝灾害的预报预警服务。此外，以历史洪水信息库、洪水调度预案库为基础，运用多因子台风信息智能关联、洪涝风险动态预判等技术，以及调度预案决策智能优选方法，模拟分析水库、水闸、泵站、雨水管网等各类工程在不同运行工况下的洪水影响风险，并自动优化得出最小灾害损失情况下的工程群的联合调度方案，经专家复核后通过现有水利工程的调度运行和远程控制，实现洪水预测预报和决策调度的全过程管理。2007—2016 年近 20 场台风暴雨防汛期间，通过综合防控及技术的应用，宁波市在防汛工作中取得了良好的社会经济效益。

1.2 水资源科学调度管理

2011 年中央 1 号文件强调要实行最严格的水资源管理制度，建立用水总量控制、用水效率控制和水功能区限制纳污“三项制度”，建立用水总量、用水效率和水功能区限制纳污“三条红线”，着力改变当前水资源过度开发、用水浪费、水污染严重等突出问题[6]。姚江干流为宁波市重要水源地之一，与中心城区的生活、农业、工业用水密切相关。对姚江水资源进行科学、有效、合理的调度管理是实现宁波市水资源现代化管理的重要内容之一。

宁波市在逐步健全规模以上取用水户、重点引用水源地、重要水功能区、重点入河排污口、重要水位流量水质监测断面等水资源在线监测体系的基础上，建设了姚江流域水资源调度决策分析系统。根据国家关于实行最严格水资源管理制度的要求，姚江流域水资源调度决策分析系统依托来水、需水、现状水位、水质、工程运行工况等实时监测设施，结合水资源配套模型，对未来一定时间内水资源利用变化情况进行综合评价、预测和优化配置，包括水资源可用水量、用水变化、工程控运方式等，有效提升水资源工程管控、调度决策及江北区水资源调度管理等能力。

1.3 水利工程精细化管理

在浙江省全面推行水利工程标准化建设的基础上[7-8]，宁波市建立了十大类水利工程标准化日常管理系统，初步实现了水利工程标准化管理模式；同时建立市级的宁波市水利工程运行管理系统，形成全方位、标准化的多级协同管理体系，实现了水利工程日常管理的流程化、标准化、在线化，全面规范了运行管理、维修养护、检查观测、安全评估、技术培训等管理工作。

对于周公宅、亭下水库等重要大中型水库工程，进行了以下精细化管理：

1）通过构建大中型水库现代化管理平台，对水库日常工作中涉及的组织管理、工程信息、工程检查、安全监测、维修养护、调度运行、应急管理、上下级联动等工作内容，进行数字化、流程化、精细化管理；

2）应用元素化理念，将安全生产职责和管理对象层层分解，细化水库安全生产的各类安全要素，落实水库安全生产的具体管理责任，利用信息化手段使管理层和全体员工随时掌握水库工程运行动态，有效解决安全生产管理工作中责任落实不彻底，隐患排查不全面，日常管理无抓手，问责风险扩大化的问题；

3）依托水利专业模型为水库承洪能力分析、防洪调度提供决策支持，精确指定水库预排、预泄工作，实现大中型水库安全运行的数字化、精细化，调度决策的科学化、智慧化，日常办公的流程化、定量化。

1.4 流域区域协同管理

甬江、奉化江、姚江是宁波市的母亲河，为全面提升宁波市三江干流综合业务管理能力，宁波市水利局从 2012 年起，陆续启动数字三江一期、二期等工程建设，目前已基本形成全面感知、可靠保障、精细管理的三江干流现代化管理体系。同时率先应用“以大带小、小小联合”区域工程集中化管理的模式，集约整合以流域和行政区为单元的工程运行监视、调度执行、设备巡视与维护，应急会商、业务展示等全面运行管理工作，建立“1 + 4”的工程集控管理中心，形成“信息全面掌握、运行实时监控、维护全程跟踪、调度智能优化”的水利工程调度决策指挥一体化管理体系，实现水利工程管理规模从 N 到 1 的集约化、精细化作业，节省人力物力成本，最大程度地实现资源的优化配置和工程效益发挥，促进管理模式向精细化快速转变，有效提高水利工程现代化管理水平。

2 工程运行管理智能化探索提升

宁波市水利局将以水利现代化管理需求为导向[9-11]，构建以信息共享、业务协同、智能应用为核心的智慧水利总体框架，以“看水一张网、治水一张图、管水一平台、兴水一盘棋”为总体要求[12]，实施《智慧水利三年行动计划（2019—2021 年）》。同时，在推进工程运行管理智能化方面，重点做好工程运行动态物联感知和智慧管护等 4 个方面的工作。

2.1 工程运行动态物联感知和智慧管护

1）制定标准，全面监测。基础感知是智慧水利的重要组成部分，为水利工程智慧调度和管理提供准确、及时、可靠的基础信息服务。综合考虑水利工程标准化管理建设要求，统筹宁波市水利管理业务内容、现存的新老问题，合理制定具有宁波地方特色的《宁波市智慧水利基础感知建设标准》，对水库、山塘、海塘、堤防、大型水闸泵站、灌区、水电站、河道等 15 个监测对象，21 种监测类别的感知建设提出要求，以此规范指导全市工程物联感知建设过程。

2）物联感知，智慧管护。针对水利工程物联设备多样，通信协议不同，集成接入繁琐，设备在线状态难以诊断等问题，基于宁波市现有物联网开放平台，构建全市统一的水利智能物联管护系统，利用 NB-LoT，有线，4G，GPRS 等网络方式整合接入前端感知控制设备资源，实现数据的高效传输，防止数据的丢失、重传，最终实现链路切换自动化、协议解析通用化、参数调节动态化、健康检查智能化，辅助工程运行管理单位对工程运行监控终端设备进行全方位智慧化管护。

2.2 区域工程群多目标智能调度

围绕系统治水的战略方针，针对“水多、水少、水脏”等核心问题，结合多源、多尺度气象数值预报成果，智能分析未来降雨预报信息，根据闸泵等工程的实时工况、控运计划、水资源水量水质监测信息，耦合专业的水文水动力、水资源优化配置、水质数学等模型，建立区域工程群的多目标智能调度系统，智能模拟优化水利工程不同应用情景下的调度运行方案。同时依托物联网、闸泵远程控制、智能视频分析、人工智能等技术，进行闸泵自动化调度执行、现场工况自诊断回馈，最终实现预报—模拟—调度—控制—评价全链路的水系工程群智能化调度管理，为防汛排涝、水资源水生态、工程管理提供决策支撑。

2.3 水利工程安全管理

宁波市作为 13 个全国首批遏制重特大事故暨双重机制建设试点城市之一，把握水利安全管理脉搏，优化安全风险管理模式与架构，整合安全管理资源，构建宁波市水利局安全风险管控系统，对不同的水利工程进行风险辨识、评价、管控，隐患排查、处理，以及应急管理，可为水利工程开展风险管控提供管理和技术支持，实现水利安全生产管理从传统的事后管理到现在的事前风险预控和作业过程管控的转变，提升水利安全生产管理水平。

2.4 智慧型水库试点

以物联网、云计算、大数据等信息技术为基础，结合水库管理需求，突破水库现有系统的局限性，创新水库管理决策模式。基于大中型水库工程现有信息化建设成果，补充完善智能感知体系，升级优化四大网络体系（政务、视频监控、视频会议等专网，以及工控网），提升改造三大物理保障环境（数据、会商、水库工程集控 3 个中心），升级打造水库智慧管理平台，实现水库科学诊断、快速预警、智能决策、综合分析，通过智慧决策引领智慧水库建设。

3 结语

水利工程运行管理智能化是现代先进科技发展的结果，也是提高水利工程现代化管理能力的重要手段。宁波市水利局近年来在水利工程智能化管理方面的实践表明，在水利工程运行管理中应用智能化技术能够有效提高在线洪水风险分析、水资源科学调度、水利工程精细化管理、区域工程协同管理水平，以及应急响应能力，对于优化资源配置和发挥工程效益具有重要意义。后期宁波市将考虑从水利工程运行物联管护、多目标智能调度、工程安全风险管控等方面进行探索，进一步提升水利工程运行管理的智能化程度，以智能化推动水利工程管理模式快速向现代化管理模式转变，从而确保工程管理质量。