西大桥引水枢纽工程信息化系统建设

王学兵

(塔里木河流域阿克苏管理局，新疆 阿克苏 843000)

1 概 述

水利枢纽工程建设对当地经济、社会发展具有重要的促进作用。随着科技、经济水平的提升，水利工程信息化改造建设逐渐受到重视。利用现代化远程数据传输、储存、分析技术，可降低水利枢纽工程人工监测的难度，提高工作效率。同时，信息化系统建设可获取更加丰富、精准的数据，为管理者决策分析提供更为可靠依据[1-3]。

2 引水枢纽概况

西大桥引水枢纽工程是阿克苏河流域老大河灌区、阿瓦提灌区、兵团农一师沙井孜灌区等的灌溉引水以及实现向塔河泄水的重要控制性水利枢纽，也是阿克苏河上第一座龙头工程。西大桥电站控制尾水闸3孔，设计控制尾水流量160m3/s；东岸大渠进水闸3孔，设计引水流量25m3/s；老大河进水闸3孔，设计引水流量100m3/s；沙克沙克渠进水闸1孔，设计引水流量3m3/s；胜利二级电站渠进水闸3孔，设计引水流量55m3/s。

3 总体架构

根据西大桥引水枢纽工程信息化系统需求分析，设计平台总体架构见图1。

图1 信息化平台总体架构

3.1 基础支撑

充分利用现有的网络环境和水利信息感知基础，收集多个数据资源，包括水情数据、视频监控数据、闸门控制数据、地下水监测数据、安全监测数据、水位预警数据以及人工上报的数据等，结合各个站点的实际情况、地理空间数据和指标分析体系，建设平台的基础服务能力。

3.2 数据管理

数据管理主要实现系统相关的基础信息、动态信息以及其他业务应用数据集成与贯通，对数据体系进行统一管理。主要包括对基础数据、动态数据、属性数据的汇集、存储、交换、管理、应用等环节，建立一个数据中心。

3.3 业务应用

基于基础能力，建设集水资源调度分析、闸门集中远控、视频巡检智慧化等能力为一体的集中管控平台，为后续智慧化应用的打造提供支撑。同时，建设大屏、机房、视频会商等基础环境，用于平台的大屏智慧调度。

根据可靠性原则和应用场景的重要性，平台网络架构见图2。

图2 平台架构拓扑图

水资源调度主要接入水情数据进行数据分析，应用部署在水利信息网环境。水资源调令申请由于是灌区发起申请，需要通过水利信息网的防火墙和上网行为管理系统进行访问。视频监控数据通过公网传输至阿克苏管理局视频流存储服务器，实现阿克苏管理局对所有视频设备的统一调管。

在阿克苏管理局集控中心，实现闸门监控系统、水情监测系统、视频监视系统的融合接入，同时配置网关设备，实现向塔管局、阿克苏管理局传输数据的功能。在计算机闸门监控系统与视频监视系统之间，通过硬接线或互联网通讯，实现系统联动，在值班员进行闸站状态监视、闸门操作时，能够实时监视闸站工作状态。

4 一体化集控平台

一体化集控平台建设是为了各部门之间互相协同作业，及时发现和预测问题，提供决策支持，实现部门之间的对接和共融。见图3。

图3 一体化管理系统

4.1 水资源调度

阿克苏管理局水资源综合调度的基础是塔管局的自动监测数据。以自动监测的渠道水位数据、流量数据为依据，再接入塔管局制定的水资源调度年度计划数据，分析调度计划执行情况；后续根据计划执行情况、去年同期水位数据等，以每个断面为维度，分析预判月度计划执行进度，反过来为每个枢纽的闸门开启高度提供数据支撑、决策。

实时接入现有的117个水情监测点水位数据，用于水资源调度数据分析。本次接入的内容主要有：① 阿克苏管理局管理灌区的年供水计划数据；② 每个断面的实时水位和流量数据。

4.1.1 调度执行

1)调令申请。开发调令申请审批程序，灌区用户可以通过调令申请小程序申请水资源需求计划，对应的管理站点管理人员进行初步审核；审核通过后，阿克苏管理局水调科进行二次综合审核；审核通过后，推送到局领导进行签字确认；确认完成后，调令交由对应的管理站点进行执行。

针对灌区用户的小程序可以部署到互联网中；后续审批、执行流程集成到塔河APP中，方便快速处理。

2)计划执行进度预警。以断面结合实际调水进度和调水计划以及去年同期实际调水情况，分析当前调度计划执行进度。如果实际调水超过计划值一定阈值，及时发出预警，以便相关管理人员及时处理。

3)断面校正。为了方便站点管理人员及时校正断面的水位、流量，设计水位校正小程序，集成到塔管局APP中，方便管理员完成断面的水位校正。

4.1.2 调度分析

水资源调度情势功能主要提供水资源调度所需信息的展示和分析功能，主要包括计划执行进度形势分析、同期来水形势分析等。见图4。

4.2 闸门集控

闸门远控系统采用分层分布式控制网络结构，系统的控制权限以越接近设备，控制权限越高。见图5。

在一体化集控平台中，对于业务管理人员，主要可以查看闸门实时情况，对管理工作有直观的分析依据；对于每个站点的管理人员，可以通过平台进行集中远控。

图4 水资源调度分析模块

图5 闸门控制优先等级

4.2.1 闸门数据接入

1)管理站点模型。为每个标准化管理站点创建三维仿真模型，利用地理信息类服务，展示管理站点的实时情况。本次建设主要创建艾里西引水枢纽、协合拉引水枢纽两个站点的三维仿真模型。

2)数据接入。接入管理站点的闸门远程控制系统数据，主要包括闸孔开闭状态、每个闸孔的开度数据、闸孔影响的渠道等数据。

3)数据联动。结合接入的闸孔实时数据，以及其他模块接入的水情数据、闸孔的实时监测视频数据，进行数据联动分析。

4.2.2 闸门实时查看及远程控制

数据接入完成后，业务管理人员可以通过一体化集控平台，实时查看每个站点的闸门情况。

1)实时查看闸后流量。实时查看闸后供水情况，为闸门的是否开启、闸门开度多少提供辅助分析、决策。见图6。

2)查看闸门实况。在一体化集控平台里面，接入所有枢纽的自动化远程闸控系统，并接入闸门前后的视频监控设备，主要实现以下功能：①实时查看所有枢纽的闸门开闭情况；②闸门开启时，可以根据闸后流量情况，判断闸门开度；③闸门关闭时，实时查看闸下异常情况，避免闸下异物影响闸门安全。见图7。

图6 闸后流量数据模块

图7 闸门实况模块

3)闸门远程控制。对于可以实现远程控制的管理站点，对接相应的闸门控制系统。如果支持远程控制，通过闸门远控接口进行控制数据的交互，实现闸门集中远控。

4.3 视频巡检

4.3.1 视频流接入

目前，所有枢纽站点的网络均已接通，视频接入将通过水利信息网，以视频流的方式，接入65个视频监测点的视频流数据到集中控制中心机房，供一体化控制平台使用。

视频数据均保存90天。视频接入时，分为以下级别接入：①管理站点；②站前监控、断面监控、闸室监控、闸控监测、安防监控等。闸控监测又根据闸孔，分闸前监控、闸后监控、闸顶监控。

4.3.2 视频巡检

通过视频融合智慧分析，对一体化集控平台接入的所有视频监测数据进行轮流巡检，发现异常情况及时预警，通知相关管理人员进行处理。

本次建设主要实现视频流接入，然后提供人工巡检的方式。后期根据实际需要，加入视频智慧分析技术，实现智能巡检。

4.4 安全监测

安全监测主要接入已有的水位预警系统数据、视频巡检数据，以此为工程安全分析基础数据，为工程除险加固的安排提供依据。

4.5 地下水监测

将现有43个地下水监测点的数据接入到一体化集控平台，并通过数据分析对比，为阿克苏管理局流域生态治理分析提供重要依据。

5 结 语

西大桥水利枢纽工程信息化建设立足阿克苏管理局现有信息化设施设备和管控系统基础，分阶段先实现“1+1”的建设目标，即建成一个集中控制中心，一套包含全业务系统集成的综合管理调度平台，完成总体规划的基础建设内容，为后期的6个智慧化少人/无人值守现地管理站点的建设提供基础平台，最终实现阿克苏管理局流域治理管理信息化工作的统一布局、集中远控、透彻感知、全面互联、智慧应用和安全可靠。