信息化技术在小型水利工程运行管理中的应用

罗逸铭 ，李连国 ，张李荪 ，黄兰波 ，李喻鑫

（1.中铁水利水电规划设计集团有限公司，江西 南昌，330029；2.江西武大扬帆科技有限公司，江西 南昌，330029）

0 引言

小型水利工程是我国水利工程体系中的重要组成部分，在防洪、灌溉、供水、发电和养殖等方面发挥了巨大的作用。但是，全球极端气候的变化、工程的老龄化、运行管理体系的缺失等因素对国内外小型水利工程的运行管理均提出了严峻的挑战：2020年江西省极端异常的气候引起暴雨等水文极值的改变，从而导致水利工程持续在不利工况下运行，加速了工程设施的老化和损毁[1]；吴双[2]对美国大坝的统计分析表明，近10年美国溃坝事故中有60%为小型水库；蒋金平等[3]的研究也表明，我国1954～2006年间溃坝事故中96.4%为小型水库；运行管理体系的缺失，甚至是无人管理的状态导致小型水利工程出现危险，“小型坝 高风险”成为学者们的共识[2-4]。

针对小型水利工程运行管理中出现的问题，2014年1月水利部印发了《水利部关于水利深化改革的指导意见》，明确要求水利工程运行管理机制改革要加大攻坚力度，加快改革步伐。江西省也下发了《江西省人民政府办公厅关于全面推行水利工程标准化管理的意见》；但是江西省小型水利工程点多面广、基础薄弱，一些工程特别是小型水利工程管理责任主体不明确、管护力量不到位、管理粗放不规范等问题依然存在。因此，根据小型水利工程运行管理的特点，通过建立相应的运行管理平台，从而促进小型水利工程管理的专业化、集约化、现代化和社会化显得尤为重要。本文对江西省小型水利工程运行管理平台的建设进行分析，以期为其他地区的小型水利工程管理提供参考。

1 江西省小型水利工程现状及存在的问题

江西是水利大省，统计数据表明[5]，江西省注册登记的水库10 672座，数量仅次于湖南，位居全国第二。其中，大中型水库数量占比2.7%，小（1）型水库数量占比13.8%，小（2）型水库数量占比83.5%。

江西省自2017年正式启动水利工程标准化管理工作以来，取得了一系列成效，但仍存在问题，特别是小型水库和小型堤防等水利工程的基础条件差，管理不规范，以至于标准化管理水平不高[6]。

（1）管理力量薄弱。不同于大中型水利工程有专门的管理机构，小型水利工程大多数由乡镇水管站负责管理，专业技术人员缺乏，管理人员缺乏水利专业基础知识和相关技能，导致工程自身的管理养护缺失[7]。

（2）管理手段落后。目前，大多数小型水利工程日常管理基本都是依靠人工，没有充分利用新技术、新设备、新方法实施管护，管理手段落后，管理效率不高。在信息技术高速发展的环境下，难以满足社会经济发展的需求。

2 江西省小型水利工程运行管理平台建设

2.1 运行管理平台服务模式

江西省小型水利工程运行管理平台是以单一水利工程为主体，以不同行政区域小型水利工程统一运行管理为特征的工程综合运行管理服务模式。根据江西省水利工程特点，开发出“工程运行管理平台”WEB端及移动端“智慧水利平台”APP，通过政府购买服务的新管理模式[6]，为小型水利工程的运行管理提供全方位服务，同时协助水利工程主管部门，提供工程监测监控、智能巡检、维修养护等服务，保障水利工程综合效益的安全、持续和稳定发挥。相比于传统的管理模式，工程运行管理平台具有较为明显的优势。有以下特点：

（1）提升资源集约化能力，提高资源应用的综合效益。平台将水利工程日常运行管理过程中拍照、摄像、文件上传及设备采集等手段采集的工程现场信息及数据资料和需要采集的工程信息、维养记录、监测监控等信息进行统一规划、设计、建设和运维，全面消除了信息孤岛，实现业务应用联动。

（2）提升工程安全运行能力。通过平台建设，加强了对小型水利工程的安全监测，除可以实现工程档案管理、工程日常巡查和维养记录等基础管理功能，还可以实现水雨情实时监测，水位预警，工程隐患巡查、上报及隐患处置进度记录，抢险救灾应急预案发布等应急管理功能，从而增强对突发性灾害和潜在危害的快速反应能力，降低经济损失。

（3）提升资源管理服务水平。通过平台的建设，使用大数据、人工智能技术打造大数据分析展示平台，实现数据展示、分析、挖掘、预测和调度。

针对江西省小型水利工程点多面广、管理力量薄弱、管理手段落后等特点，通过运行管理平台服务模式可有效收集和共享小型水利工程的数据资料、历史事件及现场巡查维养情况等信息。结合工程现场巡查情况及监测设备监控情况可对水利工程进行实时监测，发现问题后可通过运行管理平台及时上报。运行管理平台服务模式使小型水利工程的运行管理更便捷，且使小型水利工程的运行管理效率得到了极大的提升，有效解决了小型水利工程管理力量薄弱、管理手段落后等问题。

2.2 运行管理平台体系架构

小型水利工程运行管理的基础工作是日常的巡查和维修养护；但是江西的小型水利工程往往位于人烟稀少的地区，交通不便，使得这项工作成为管理过程中的难点。工程运行管理平台通过为某一辖区内所有小型水利工程进行统一打包管理的服务方式，协助当地水管部门在以下几个方面对小型水利工程进行更为有效的管理：

（1）落实一套标准体系。2017年8月江西省水利工程标准化管理创建工作开始后[6]，省水利厅出台了水库、堤防、水闸等水利工程的标准体系，如《江西省水利工程标准化管理标识标牌设置标准》《江西省水利工程标准化管理考核评价标准》等，平台按照标准化创建要求，以工程为单位，根据系列标准体系内容，进行工程依标管理流程配置，同时，根据责任主体对应的工程配置和基本信息配置标准，对用户、岗位和权限进行独立配置，确保每一座水利工程都能按照相应的标准进行管理。

（2）建立一套管理体系。运行管理平台桌面端开发基于编制完成的工程管理手册、管理制度，以工程日常管理业务和运行管理业务为核心，将工程基础、组织机构、维修养护、工程管理、工程检查、调度运行、安全监测、应急管理各项工作管理数据、岗位职责、管理流程、管理结果等内容进行数字化、信息化管理。系统提供综合地图、工程基础、设备资产管理、调度运行、检查巡查、监测监控、维修养护、应急管理、达标考核、组织机构、综合首页、管理配置等功能，并开发配套的移动应用APP，系统平台如图1所示。主管部门根据各工程的特点配备安全巡查员，巡查员通过移动端APP完成工程巡查及数据上报。同时，专业化物业公司定期对工程进行巡查，并将巡查记录存档于平台，工程主管部门可以第一时间了解工程是否有隆起、塌陷、渗漏等险情，做到第一时间发现并处理；且为了提高安全巡查员的积极性，物业公司自费对利用该运行管理平台巡查水库、堤防频次前三位的安全员进行奖励，该做法已在万年县等地实施，有效地调动了安全巡查员的积极性，使得小型水利工程运行管理的触手真正延伸到了每一座工程。

图1 运行管理平台web端首页

2.3 运行管理平台功能模块

（1）物联网的应用。平台利用物联网感知设备，构建小型水利工程监测感知网络，通过信息传感装置接收并通过网络发送至数据库，在后端对接收到的数据进行处理及分析，经过分析处理后的信息发布至平台展示，若出现异常信息则会上报至相关负责人。目前平台利用物联网构建的功能模块有水雨情监测、大坝安全监测、流量监测、水质监测、气温监测、无人机智能巡检数据等；通过集成netty框架，建立统一接收平台，为数据分析与业务应用提供数据基础，做到数据“可知”。基于BIM+GIS技术，对水利工程实时运行动态进行展示，直观反映工程的运行状态，做到数据“可视”。

（2）大数据和人工智能的应用。平台利用大数据和人工智能等技术，建立小型水利工程管理决策指挥中心，实时掌握工程运行状态，通过感知技术对小型水利工程进行数据采集，采用实时数据及离线数据处理技术对掌握的大量数据信息进行专业化处理，处理后的数据形成的结果在平台展示，并可用于预警分析。物联网及大数据技术应用机制如图2所示。目前，平台利用大数据和人工智能构建的功能模块有引入图像识别功能，实现视频读取电子水尺水位、维修养护前后图像对比、漂浮物入侵检测等功能；融合运用物联网感知数据、现场巡查数据，结合专业预测分析模型、专家系统，依据事件发生发展的规律，对事件发展的趋势、影响范围、进一步可能引发的衍生事件等进行综合分析，做到工程管理应急事件“可预测”。新技术的应用大大降低了人工作业量，有力地保证了工程安全，做到工程运行管理状态“可控”，为工程的综合效益最大化提供了技术支撑。

图2 物联网及大数据技术应用机制图

3 结语

江西省小型水利工程运行管理平台充分应用物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，构建了机制、体制、人才、资金等全方位的保障体系，通过信息化管理手段解决了小型水利工程量多面广、管理难度大、管理人员缺乏、资金难落实、信息反馈不及时等众多管理难题，做到了小型水利工程无人值守管理，有力地推动了水利科技创新，同时也探索出了一条政府购买服务的小型水利工程管理模式，推进了小型水利工程的社会化和专业化管理。

小型水利工程运行管理平台的建设和应用，满足了当前的管理需求，同时为将来的管理升级打下了基础。针对每座小型水利工程的具体情况，制定更加完善的、专业的水文预报预测体系、应急预案和防汛调度体系等非工程措施，从而进一步提高了工程的管理水平和综合效益，将成为今后的研发方向。