昭平台水库基于网络工程的信息化管理平台建设研究
2022-11-25唐亚彬杨军
唐亚彬 杨军
平顶山市昭平台水库管理局 河南 平顶山 467000
1 水库概况
昭平台水库位于平顶山市鲁山县西12km处，是淮河流域沙颍河水系沙河干流上游第一座大型水利骨干工程，控制流域面积1430km2，总库容6.85亿m3，是一座以防洪﹑灌溉为主，结合供水﹑发电﹑养殖﹑旅游等综合利用的大（2）型水库。主要工程有拦河大坝﹑尧沟溢洪道﹑杨家岭非常溢洪道﹑水电站及灌区等工程。2017年9月，河南省水利厅对昭平台水库大坝进行了安全鉴定，鉴定结果为三类坝，2020年4月，已在水利部备案。由于水库建设年代久远，信息化管理比较落后，近些年水库组织外出参观学习周边其他水库，交流其先进的技术和管理办法，现在基本完善了视频会商系统﹑视频监控系统﹑雨量遥测和洪水预报一体化系统，但大坝安全观测﹑供水量统计﹑水质监测等大多数工作还需要靠人工完成，工作效率较低，希望可以借水库加固扩容项目工程建设的有契机，以先进的计算机技术和信息网络技术，按照“数字化水库”的构想[1-4]，新建一系列的信息监测﹑采集﹑控制等自动化系统，实现信息采集自动化﹑信息传输网络化﹑信息处理标准化﹑防汛调度科学化﹑水库管理规范化[5-7]，进一步完善水库的信息化建设，为实现水库工程管理现代化迈出了关键的一步。
2 水库信息化建设的任务分析
水库信息化工程跟进信息的采集﹑传输﹑处理﹑分析等流程，其基本任务有：数据采集系统﹑通信网络系统﹑综合数据库系统﹑业务应用系统﹑大屏幕显示系统建设和信息化保障环境，紧紧围绕水库工程运行的重要业务应用，逐步建立和完善信息化综合体系。
2.1 信息采集系统
信息采集系统主要包括水雨情自动测报系统﹑大坝安全监测系统﹑视频监控系统﹑水电站监控系统﹑闸门测控系统﹑供水自动监测系统﹑水质监测系统。
2.2 网络通信系统
利用超短波﹑光纤﹑GSM等手段，建成连接水库各大坝安全监测点﹑水雨情测报站点﹑视频监控点﹑闸门测控点﹑水电站监控系统﹑供水监测点﹑水质监测站的数据通信网络系统，建成连接水库办公区﹑各业务行政科室和外部上级相关水利部门的计算机网络和水库管理局信息中心，为水库业务应用提供数据交换﹑视频信息传输﹑语音通信和因特网等服务。
2.3 综合数据库平台
在水库信息汇集﹑存储﹑处理和服务的过程中，通过综合数据库平台的建设，完成信息资源的共享及优化配置，满足业务部门应用多层次﹑多目标的综合信息服务的功能。综合数据库包含工情信息库﹑实时水雨情库﹑图形库﹑超文本库﹑动态影像库等数据库，数据管理系统还要提供数据管理﹑数据交换功能与维护功能等作用。
2.4 业务应用系统
水库业务应用系统依托于信息采集﹑通信与计算机网络和综合数据库平台等水利信息基础设施，业务应用系统的主要内容包括：大坝安全评价系统﹑防汛决策支持系统﹑水电站监控系统﹑水库行政综合管理系统﹑供水综合管理系统﹑数字化档案管理系统﹑应用系统整合等软件系统。
2.5 水库工程信息化系统的保障环境
保障环境由水库信息化标准体系﹑安全体系﹑建设及运行管理﹑政策法规﹑运行维护资金和人才队伍等要素共同构成，确保水库工程信息化系统的良好运转。
3 水库信息管理中心结构设计建设
3.1 水库信息管理中心结构
首先，水库工程信息管理中心需要建设会商系统与软件系统。会商系统含有中控系统建设﹑中心的网络建设﹑会议系统建设﹑基础设施的建设。软件系统重在建设综合数据库的建设和信息服务系统，中心的软件可划分三层：数据层﹑应用层﹑人机交互层。其次，信息管理中心需要提供与其他专业系统的接口，上述系统的数据将需要通过相应数据接口传输到综合数据库实现统一保存。在应用层，按照中心软件提供的标准对各专业系统软件进行开发，方便与应用方面的集成。在交互层，通过向会商系统提供RGB信号实现与会商系统对各专业系统的整合。最后，在整个系统的外部，信息管理中心还须和气象部门﹑水文部门以及上级防汛指挥系统进行交互。信息管理中心需要预留接口接收气象部门提供的气象信息﹑水文部门提供的水文信息以及上级防汛指挥系统向水库信息管理中心的会商系统下达调度指令。
3.2 水库信息管理中心总体结构功能设想
3.2.1 信息采集层。采集层采集的信息主要有水雨情信息﹑闸位信息﹑流量信息﹑图像信息﹑工情信息﹑水质信息﹑含沙量信息等信息。信息采集层由以下系统组成：
3.2.1 .1 水雨情自动测报系统。主要完成对水库流域内和库区的雨量遥测站的降雨量﹑蒸发量﹑渗透量等数据实现自动采集和数据管理，方便管理人员实时掌握上游的来水状况，把它作为洪水预报和防洪调度的重要依据。所采集的数据可以是GIS﹑图表﹑表格等形式供网络用户查询。
3.2.1 .2 视频监测系统。系统主要实现对水库管理局的办公区﹑水库大坝进行实时视频图像监控，让水库管理人员在视频监控中心就能随时掌握来水库管理局办公区的人员来往情况和安全情况，方便水库管理局的平时安全管理，也能掌握大坝上过往行人﹑游客的状况﹑闸门的启闭状况﹑坝前坝后以及水库水面的安全状况。
3.2.1 .3 大坝安全监测系统。系统主要实现对大坝浸润线﹑大坝沉降变化﹑渗流监测和数据自动分析软件的实现提供平台，可以大大提高大坝工程安全监测的时效性﹑可靠性和自动化水平。
3.2.1 .4 闸门测控系统。系统主要实现对水库的输水洞和两个溢洪道的闸门进行远程自动控制，通过计算机监控系统掌握闸门水位﹑闸门工情信息并能够采集与传输，实现能够在信息中心进行远程控制闸门启闭和闸门自动控制的操作；再结合视频监控系统，可以清楚了解水闸的运行工况和周围环境，从而实现无人值守以及闸门自动化控制。
3.2.1 .5 供水监测系统。系统主要实现水库对农业灌溉用水和工业供水情况进行监测，昭平台水库有配套的灌区工程，设计灌溉面积100万亩，干渠途径多家用水企业，供水是水库的主要经济效益来源，通过对供水系统的数据分析，实现对水量计量系统的建设，了解水库的沿途供水情况。
3.2.2 通信网络层。通信网络层有数据通信和计算机网络两部分，数据通信部分作为所有采集的数据传输的基础，采用超短波﹑光纤﹑GSM/5G等多种传输方式。计算机网络部分主要是对水库管理局内部和外部的网络建设，它包含内部办公和外部交流网络。
3.2.3 综合数据层。水库信息化系统的建设需要建立一个公用﹑统一的数据存取平台，它有基础数据库﹑媒体数据库﹑实时数据库﹑空间数据库﹑多超文本数据库﹑方法模型库等数据库。
3.2.4 业务应用层。业务应用层主要实现洪水预报﹑水库调度﹑防汛决策﹑用水管理﹑行政办公﹑日常管理等业务数据分析﹑处理﹑表现等功能，是水库调度﹑决策﹑指挥的过程，业务应用层主要由以下系统组成：
3.2.4 .1 水文气象预报系统。根据前期和现时的水文﹑气象等要素，主要预报项目有最高洪峰水位﹑流量﹑洪峰出现时间﹑洪水涨落过程﹑洪水总量等，对洪水的发生和变化过程做出定量﹑定时的科学预测，为水库调度提供依据。
3.2.4 .2 汛情监视系统。该系统主要提供对库区汛情信息多种形式的显示﹑查询功能，提供基于整个库区上下游电子地图的水雨情和工情查询，从不同的区域﹑不同时间对水雨情信息进行查询，提供表格化和图形化的数据，并进行比较分析。
3.2.4 .3 洪水预报系统。该系统主要是根据采集的实时雨量﹑蒸发量﹑水位等资料，对未来将发生的洪水做出洪水总量﹑洪峰发生时间﹑洪水发生过程等情况的预测，建立洪水预报数学模型，实现洪水预报的动态仿真。
3.2.4 .4 洪水调度仿真系统。该系统主要是依据实时雨﹑水﹑工情信息和预报成功，采用调度模型，自动模拟仿真，生成调度预案，制定实时调度方案，进行方案仿真﹑评价和优选，并且具有汛情分析﹑信息查询﹑报告编制﹑系统管理等辅助功能。
3.2.4 .5 洪水风险分析系统。主要根据采集的实时水雨情数据对洪水风险的预测和分析，以及对险情影响的区域和后果进行预测，对洪水淹没区域的分析﹑淹没程度的分析以图表分析和GIS分析。
3.2.4 .6 人力物资调度系统。系统根据人力﹑物资情况，以及出现的洪灾对交通网络﹑抗洪物资等的影响，建立资源分配实时调度模型，确定人力和救灾物资到达抢险救灾地区的行进路线﹑到达时间等参数，制定出优化的人力﹑物资调度方案，在此基础上，结合电子地图，显示出主要物资仓库的物资调运清单﹑调运路线﹑到达现场时间等信息，显示出各抢险救灾部队调动情况，以及抢险地点﹑行进路线﹑到达现场时间等信息，为防汛抢险现场指挥的领导进行人力﹑物资调度提供辅助决策信息支持。
3.2.4 .7 防汛会商系统。系统根据现有防洪工程情况和调度规则制定调度方案，做出防洪决策，下达防洪调度和指挥抢险的命令，并监督命令的执行情况﹑效果，根据水雨情﹑工情﹑灾情的发展变化情况，做出下一步决策。能制订出各种可行方案和应急措施，使决策者能有效地应用历史经验减少风险，选出满意方案并组织实施，充分发挥防洪工程效益，尽可能减少洪灾损失。
3.2.4 .8 水库行政综合管理系统。该系统主要包括管理局办公自动化子系统﹑财务管理子系统﹑人事管理子系统﹑物资管理子系统﹑工程管理子系统﹑管理局网站子系统﹑水库信息公众服务子系统等。
3.2.4 .9 数字化档案管理系统。该系统主要对水库管理局的档案室所保存的以纸张为主的重要档案﹑文件﹑资料进行扫描，以数字化的方式保存到光盘或磁盘上。同时，也要保存以往生成的水雨情﹑工程观测﹑供水等电子版数字资料，使得档案易于复制﹑共享，方便查询。
4 结束语
建立昭平台水库工程信息化系统，是实现水库工程科学运行信息化﹑数字化﹑现代化管理非常重要的手段和平台。选取一种性能稳定的软硬件和系统开发，利用现代计算机监控的各项技术方式，实现对大坝安全监测﹑闸门监控﹑水雨情﹑视频监视﹑办公自动化各子系统进行有机整合的信息化系统，基本做到“无人值班﹑少人值守”的管理水平，实现多层面资源共享﹑科学调度，合理利用水资源，充分发挥水库工程最大的经济和社会效益。
