水庫(kù)安全運(yùn)行管理信息系統(tǒng)構(gòu)成淺析

姚真凱

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，杭州 310006)

1 概述

我國(guó)幅員遼闊，江河眾多。為合理開發(fā)利用水資源，減輕水旱災(zāi)害，修建了大批水庫(kù)，在防洪、供水、灌溉、發(fā)電、改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，建立水庫(kù)信息管理系統(tǒng)，提高水庫(kù)安全運(yùn)行管理能力和效率已十分迫切。水庫(kù)管理信息化是水庫(kù)管理的先進(jìn)技術(shù)平臺(tái)，將水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)分析、洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度、水雨情自動(dòng)監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視、辦公自動(dòng)化等子系統(tǒng)集成為一體化的綜合管理系統(tǒng)，對(duì)提升水庫(kù)管理水平和效能、保障水庫(kù)安全運(yùn)行具有十分重要的作用。

2 管理信息系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀

我國(guó)水庫(kù)管理信息化建設(shè)始于20世紀(jì)八九十年代，一些水庫(kù)結(jié)合除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施，在設(shè)置和完善大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的同時(shí)，開始構(gòu)建水庫(kù)管理信息系統(tǒng)。初期的水庫(kù)管理信息系統(tǒng)建設(shè)主要是圍繞大壩安全監(jiān)測(cè)和水雨情監(jiān)測(cè)，建設(shè)內(nèi)容和子系統(tǒng)構(gòu)成較為簡(jiǎn)單。經(jīng)過二三十年的發(fā)展，特別是OA、GIS、GPS、RS等大量新的信息技術(shù)在水庫(kù)管理中獲得應(yīng)用，促進(jìn)了水庫(kù)管理信息化的快速發(fā)展，如在管理信息系統(tǒng)中引入了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、會(huì)商系統(tǒng)等子系統(tǒng)，在大壩安全監(jiān)測(cè)和水雨情監(jiān)測(cè)中擴(kuò)展增加了大壩安全分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)、水庫(kù)調(diào)度決策支持系統(tǒng)等子系統(tǒng)，對(duì)具有相關(guān)功能的水庫(kù)還專門設(shè)置發(fā)電、供水、旅游、養(yǎng)殖、航運(yùn)等管理子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)的開發(fā)和發(fā)展有助于提升水庫(kù)的管理水平，但在水庫(kù)管理信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和子系統(tǒng)構(gòu)建上必須遵循“因庫(kù)制宜、合理設(shè)置、圍繞主題、突出重點(diǎn)”的原則，切忌管理信息系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜和子系統(tǒng)設(shè)置過多過濫、不實(shí)用、擺花架子，浪費(fèi)資源。水庫(kù)安全運(yùn)行管理信息系統(tǒng)建設(shè)要依據(jù)水庫(kù)規(guī)模、壩型、功能、管理實(shí)際需求和信息技術(shù)管理能力，科學(xué)構(gòu)建系統(tǒng)框架，合理選用子系統(tǒng)，因庫(kù)制宜，發(fā)揮效益。

3 合理確定子系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 水庫(kù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成

隨著對(duì)水庫(kù)信息化建設(shè)的日趨重視，逐步開發(fā)了許多滿足各類功能要求和應(yīng)用條件的獨(dú)立子系統(tǒng)，但也使整個(gè)信息系統(tǒng)構(gòu)成顯得越來越龐雜，致使使用效率大打折扣，部分系統(tǒng)間功能重疊，數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重，數(shù)據(jù)孤島問題日益突出。筆者經(jīng)過梳理，認(rèn)為可將眾多子系統(tǒng)分解為三類，即基本子系統(tǒng)、擴(kuò)展子系統(tǒng)和專用子系統(tǒng)。各水庫(kù)可根據(jù)規(guī)模、壩型、功能和管理實(shí)際需要合理選用子系統(tǒng)，在重點(diǎn)保障基本子系統(tǒng)建設(shè)和完善的基礎(chǔ)上，再根據(jù)需要選用部分必要的擴(kuò)展子系統(tǒng)和專用子系統(tǒng)。為便于管理與使用，可將選定的主要子系統(tǒng)或所有子系統(tǒng)集成為水庫(kù)綜合管理信息系統(tǒng)。

基本子系統(tǒng)為水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)項(xiàng)目，包括:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)等。

擴(kuò)展子系統(tǒng)為選用項(xiàng)目，可根據(jù)水庫(kù)規(guī)模、壩型、功能、管理需求和信息技術(shù)管理能力，逐步按需擴(kuò)展建設(shè)相關(guān)子系統(tǒng)，如:大壩安全分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)、水庫(kù)調(diào)度決策支持系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)、水質(zhì)管理系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、會(huì)商系統(tǒng)、水庫(kù)安全巡查系統(tǒng)、庫(kù)區(qū)管理系統(tǒng)等。

專用子系統(tǒng)是具有相關(guān)功能水庫(kù)的定制項(xiàng)目，如:對(duì)具有發(fā)電、供水、旅游、養(yǎng)殖、航運(yùn)等功能的水庫(kù)，可根據(jù)需要增加建設(shè)相應(yīng)的專用子系統(tǒng)。

3.2 基本子系統(tǒng)

3.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是水庫(kù)信息化的基礎(chǔ)部分，包括管理單位內(nèi)部局域網(wǎng)建設(shè)、局域網(wǎng)之間連接、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)連接。

3.2.2 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對(duì)水文信息進(jìn)行實(shí)時(shí)遙測(cè)、傳送和處理，并根據(jù)實(shí)測(cè)的水文信息對(duì)模型的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、狀態(tài)變量、輸入量或預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，從而使水文預(yù)報(bào)更符合客觀實(shí)際，提高了水情測(cè)報(bào)速度和水文預(yù)報(bào)精度。水文數(shù)據(jù)供隨時(shí)查詢，查詢的信息有實(shí)時(shí)、歷史及預(yù)報(bào)降雨信息等。

3.2.3 洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)

該系統(tǒng)根據(jù)水庫(kù)流域和河道特征、天氣形勢(shì)分析、實(shí)測(cè)水雨情，選擇合適的預(yù)報(bào)方法和預(yù)報(bào)模型，完成洪水預(yù)報(bào)。

3.2.4 大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)由自動(dòng)監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)兩部分組成。自動(dòng)監(jiān)測(cè)通過數(shù)據(jù)采集儀器對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測(cè)主機(jī)，數(shù)據(jù)采集軟件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù);人工檢測(cè)由工作人員使用儀器測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集軟件計(jì)算后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。水庫(kù)大壩安全檢測(cè)系統(tǒng)一般還具有數(shù)據(jù)維護(hù)、資料整編等功能。

3.2.5 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于加強(qiáng)水庫(kù)安全檢查和防范，由攝像機(jī)、控制云臺(tái)、視頻服務(wù)器等組成。攝像機(jī)一般位于水工建筑物的關(guān)鍵部位，如:溢洪道閘門、大壩壩頂、大壩上下游坡、放水洞口等。

3.2.6 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)

以文檔一體化管理和日常工作為核心，主要包括公文管理、任務(wù)管理、會(huì)議管理、檔案管理、公共信息、車輛管理、考勤管理、人事管理、設(shè)備管理、圖書管理、領(lǐng)導(dǎo)查詢、個(gè)人事物等。

3.3 擴(kuò)展子系統(tǒng)

3.3.1 大壩安全分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是在工程技術(shù)人員參與下對(duì)水庫(kù)大壩安全進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。包括監(jiān)測(cè)資料的過程性分析、位勢(shì)分化、引流量分析、相關(guān)分析、斷面分析、平面分析和變形穩(wěn)定分析、滲流穩(wěn)定分析、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析、抗震穩(wěn)定分析等。

3.3.2 洪水調(diào)度決策支持系統(tǒng)

該系統(tǒng)能為決策者快速直觀地提供多層次、多方面的信息。在實(shí)時(shí)狀態(tài)下，能夠根據(jù)各種調(diào)度模型和洪水演進(jìn)模型、水庫(kù)及壩下防洪關(guān)鍵點(diǎn)與庫(kù)區(qū)淹沒區(qū)的水情、工況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況以及不同控制模式，生成洪水調(diào)度預(yù)案系列，并進(jìn)行仿真計(jì)算，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)制定和比選洪水調(diào)度方案的目標(biāo)，為防洪調(diào)度決策提供支持。

3.3.3 閘門控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)溢洪道、放水洞閘門的自動(dòng)控制。主要功能有閘門控制、閘門狀態(tài)測(cè)量、閘門運(yùn)行管理、閘門信息管理等。

3.3.4 水質(zhì)管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的相關(guān)信息進(jìn)行管理，主要功能有入庫(kù)排污口與污染源管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息管理、水質(zhì)評(píng)價(jià)、水質(zhì)狀況統(tǒng)計(jì)、水質(zhì)保護(hù)管理等。

3.3.5 信息發(fā)布系統(tǒng)

該系統(tǒng)以網(wǎng)站的形式，發(fā)布水庫(kù)的基本信息、安全信息和其他相關(guān)信息。

3.3.6 會(huì)商系統(tǒng)

該系統(tǒng)是為水庫(kù)管理單位與水庫(kù)主管部門、防汛抗旱指揮機(jī)構(gòu)和相關(guān)水利工程管理單位提供會(huì)商服務(wù)的視頻系統(tǒng)，也是水庫(kù)應(yīng)急處置和洪水調(diào)度的指揮系統(tǒng)。會(huì)商系統(tǒng)終端是提供雙向?qū)崟r(shí)通信的客戶端，支持視頻和音頻通信，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將各客戶端(會(huì)場(chǎng))組成一個(gè)協(xié)調(diào)運(yùn)行的系統(tǒng)。

3.3.7 水庫(kù)安全巡查系統(tǒng)

該系統(tǒng)是為及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患而開發(fā)的。系統(tǒng)依托智能終端的GPS、GPRS、3G及攝像等功能，建立水庫(kù)安全巡查應(yīng)用平臺(tái)。它通過GPRS、3G鏈接互聯(lián)網(wǎng)，由 GPS獲取當(dāng)前地理位置，利用手機(jī)攝像功能，標(biāo)繪巡查員的實(shí)時(shí)巡查路徑，及時(shí)準(zhǔn)確描述發(fā)現(xiàn)隱患信息并及時(shí)上報(bào)到管理中心，為及時(shí)處置和消除隱患贏得時(shí)間。

3.3.8 庫(kù)區(qū)信息管理系統(tǒng)

庫(kù)區(qū)管理信息系統(tǒng)內(nèi)容包括:庫(kù)周邊經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展情況，庫(kù)區(qū)土地征用、移民安置和庫(kù)區(qū)移民線以上蓄洪、滯洪區(qū)內(nèi)的土地利用情況、淹沒損失情況;庫(kù)區(qū)定期巡查與監(jiān)控情況記錄，對(duì)違法水事、環(huán)保案件調(diào)查與處理情況;建立庫(kù)區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)和庫(kù)區(qū)管理數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.4 專用子系統(tǒng)

對(duì)具有發(fā)電、供水、旅游、養(yǎng)殖、航運(yùn)等功能的水庫(kù)，可增加建設(shè)相應(yīng)的專用子系統(tǒng)，如建設(shè)發(fā)電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、供水(灌溉)管理系統(tǒng)、水利旅游管理系統(tǒng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖管理系統(tǒng)、水庫(kù)航運(yùn)管理系統(tǒng)等。

4 開發(fā)實(shí)例

4.1 通濟(jì)橋水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)概述

業(yè)務(wù)系統(tǒng)首頁(yè)圖

通濟(jì)橋水庫(kù)是浦陽(yáng)江干流的骨干防洪工程，壩址距浙江省浦江縣城中心4km，控制流域面積104.5km2，總庫(kù)容0.8076億m3。水庫(kù)直接保護(hù)浦江縣城、黃宅等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)23萬(wàn)人口的防洪安全。通濟(jì)橋水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)是在實(shí)施除險(xiǎn)加固工程后，針對(duì)水庫(kù)日常管理而研制的一套開放式管理系統(tǒng)，系統(tǒng)基于面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)(SOA)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用B/S模式，系統(tǒng)部署在水庫(kù)管理處，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行訪問。

4.2 總體架構(gòu)

通濟(jì)橋水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)的建設(shè)，從下至上可分為網(wǎng)絡(luò)及硬件支撐層、數(shù)據(jù)匯聚層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層四個(gè)層次。

a.網(wǎng)絡(luò)及硬件支撐層。包括網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的硬件設(shè)備，如:工作站、服務(wù)器、監(jiān)測(cè)傳感器、終端機(jī)等。

b.數(shù)據(jù)匯聚層。包括將各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)采集的各類數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)及水庫(kù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)包含的各類屬性數(shù)據(jù)等按標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行匯聚和統(tǒng)一管理，供工作管理平臺(tái)調(diào)用。

c.應(yīng)用支撐層。包括各個(gè)支撐系統(tǒng)的應(yīng)用軟件及工作管理平臺(tái)軟件、配套設(shè)施中的實(shí)時(shí)定位及指令系統(tǒng)、各類應(yīng)用服務(wù)、公共基礎(chǔ)服務(wù)、系統(tǒng)資源服務(wù)。

d.業(yè)務(wù)系統(tǒng)層。業(yè)務(wù)系統(tǒng)層的建設(shè)，主要根據(jù)水庫(kù)的管理特點(diǎn)和資金申請(qǐng)情況，合理確定建設(shè)規(guī)模和建設(shè)內(nèi)容，本次建設(shè)的系統(tǒng)主要包括辦公自動(dòng)化、項(xiàng)目管理、防汛物資管理、預(yù)警發(fā)布、工情查詢、水雨情監(jiān)視、大壩安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、水庫(kù)巡查等。界面見下圖。

4.3 系統(tǒng)開發(fā)運(yùn)行情況

該系統(tǒng)于2012年底完成第一期的開發(fā)工作，現(xiàn)已部署在水庫(kù)管理處，投入試運(yùn)行。系統(tǒng)管理員通過統(tǒng)一身份驗(yàn)證系統(tǒng)，為水庫(kù)工作人員劃分了3級(jí)權(quán)限，各工作人員可登錄系統(tǒng)查詢相關(guān)信息，完成崗位日常工作，以及基于審批流的各項(xiàng)其他任務(wù)。后續(xù)將優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，補(bǔ)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，不斷完善和改進(jìn)系統(tǒng)，更好地服務(wù)于水庫(kù)管理的方方面面。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)是水庫(kù)管理非工程措施的重要組成部分，在系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和子系統(tǒng)構(gòu)建上必須把握“因庫(kù)制宜、合理設(shè)置”的主線，精心設(shè)計(jì)建設(shè)內(nèi)容。對(duì)于部分水庫(kù)存在建設(shè)內(nèi)容多、投資額大的實(shí)際情況，可以分批、分階段實(shí)施，但應(yīng)優(yōu)先保障基本子系統(tǒng)的建設(shè)，以期通過信息技術(shù)手段，不斷提高水庫(kù)管理水平，充分發(fā)揮水庫(kù)設(shè)計(jì)綜合效益。

1 葉舟．水庫(kù)安全管理［M］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2012．

2 姚真凱，楊堅(jiān)．通濟(jì)橋水庫(kù)安全運(yùn)行管理系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)［R］．杭州:浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2012．

3 楊堅(jiān)，姚真凱．通濟(jì)橋水庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告［R］．杭州:浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，2012．