漳澤水庫綜合信息平臺研究

任建營

(山西省漳澤水庫管理局，山西長治 046021)

1 引言

漳澤水庫管理局自20世紀九十年代始，已先后投資建設了水庫流域雨水情遙測系統、洪水預報調度系統、大壩滲流安全監測系統、防汛會商決策系統、視頻監控等應用系統以及辦公局域網和門戶網站等系統。由于應用軟件系統在不同時期由不同公司建設，導致各個系統只能獨立運行，無法實現數據共享，形成信息孤島，各數據庫之間缺乏信息共享機制與手段，既沒有發揮最大效益，也無法實現統一管理與維護。許多數據庫為解決特定研究或業務應用而建，服務目標單一，相關文檔不全，給后續擴展和改造增加了困難，更難以被其他系統調用和共享。

因此，整合現有信息資源，達到信息共享，統一規劃建設水庫業務應用平臺，全面提升水庫管理及應急處理的支撐與服務能力勢在必行。

2 平臺建設目標

實現現有專業應用系統的整合及開發工作，淘汰現有的C/S應用系統，采用先進的J2EE架構，實現B/S結構應用系統的開發。建設水庫綜合數據平臺，實現安全運行、防洪調度、監控系統、辦公自動化四大系統功能。

3 平臺框架結構

3.1 功能架構

水庫信息化建設涉及到信息采集、傳輸、存儲、管理、應用等，其關鍵在于實現各種采集數據的整合、規范數據庫結構和以采集信息為基礎的業務應用，為水庫管理單位、上級領導及公眾信息服務。系統的總體框架包括信息采集與工程監控體系、資源共享服務體系、綜合業務應用體系、網絡及服務器等軟件硬件設施、技術標準及建設與運行管理規程?？傮w框架圖見圖1。

3.2 網絡結構

系統網絡結構如圖2所示。

圖1 系統總體框架

圖2 系統網絡結構

3.3 數據整合

3.3.1 水雨情自動測報系統數據流程

漳澤水庫雨情遙測站通信采用GPRS通訊方式。數據流程如下:

由RTU采集水雨情數據→水雨情監測工作站→水庫水雨情監測中心站的水雨情數據庫服務器。

3.3.2 大壩安全監測系統數據流程

大壩安全監測站將滲流壓力、滲流量、變形等信息通過MCU傳至水庫大壩監測工作站，再傳至水庫大壩監測中心站大壩安全數據庫服務器，水庫監測中心站經過統計分析，得到大壩安全分析結論數據。

3.3.3 洪水預報數據流程

水雨情信息采集系統→數據庫及數據庫管理系統→洪水預報系統→洪水調度系統→數據庫及數據庫管理系統。

3.3.4 視頻數據流程

視頻數據傳到水庫監測中心視頻服務器中保存。在水庫監測中心建立網站，通過WEB方式向外發布視頻信息，用戶通過授權瀏覽水庫視頻信息。

4 系統功能實現

4.1 水庫管理綜合數據庫

按照國家水利部數據庫建設的標準和規范，將水雨情測報、大壩安全監測、視頻及會商、洪水預報調度等水利自動化系統統一數據匯集、存儲，有機集成于一個網絡平臺中。同時采用面向服務的架構設計思想，基于數據中心技術及空間數據引擎(SDE)技術實現水利空間數據和非空間數據在關系型數據庫中的統一存儲與管理。數據格式多樣，包括矢量、柵格、影像等空間數據和圖片、圖表、文檔等非空間數據，通過空間數據引擎、GIS中間件等技術實現各類數據的統一管理與訪問。

水庫工程信息包括:水庫工程概況、特性參數、設計標準及洪水調度方式與規則、流域自然地理、水文氣象特性，水庫下游防護點防洪能力、堤防工況及其保護區社會經濟情況。

水雨情數據庫建立標準:《水雨情數據庫表結構與標識符》(SL 323—2011)。

將水庫的水雨情數據實時寫入該數據庫，同時數據庫需建立查詢及維護(輸入、修改、刪除等)功能。

洪水預報調度數據庫建立標準:《水文情報預報規范》、《水雨情數據庫表結構與標識符》、《水情信息編碼》。

水庫中心站大壩安全監測數據庫建立標準:《大壩安全監測數據庫表結構與標志符》。實時大壩安全監測信息應存入相應的表中。

4.2 大壩安全監測系統

基于統一平臺、資源共享的理念，大壩安全監測自動化系統將庫水位、滲流壓力、滲流量、水平位移/豎向位移等信息傳至水庫大壩監測中心站。水庫監測中心站將上述信息經過統計分析，得到大壩安全分析結論數據，全面提升水庫安全管理與服務能力。

利用大壩安全監測系統自動監測數據、人工觀測數據和巡視檢查記錄等，依據水庫大壩安全評價導則及專家經驗，采用合理的數學模型和評判準則，建立大壩安全分析評價模型，實時綜合分析大壩安全運行性態，評定大壩安全類別，對大壩隱患實時進行預警，為水庫工程的安全運行和汛限水位動態控制提供輔助決策。

4.3 防洪調度管理系統

4.3.1 雨情信息

實時雨量數據通過現有設備進行采集，通過綜合數據庫平臺開放數據接口統一保存。實時雨量/日雨量/歷史雨情數據顯示:以電子地圖配合表格形式顯示當前各站點降水量信息和地圖分布情況，可點擊查詢各站點信息，實現按時段查詢。

4.3.2 水情信息

a.水情信息的采集，采用仿Excel樣式，使數據的錄入、修改、查詢、操作更加簡便，展示更加直觀。

b.實現水庫實時水情、河道實時水情顯示及分析，水庫蓄水量、出入庫流量、庫水位變化、水位庫容分析，河道水位流量過程線、多站水位對比、多站流量對比、河道斷面水位圖繪制等功能。

4.3.3 工情信息

工情管理是將水利工程設施綜合進行管理，包括水庫大壩、溢洪道、泄水洞等，可以對這些水利設施進行查詢，瀏覽該水利設施的位置、詳細信息，同時可以對這些水利設施進行建?；?60°全景圖制作，在三維地圖上展示，可以直觀地了解該水利設施的構造情況。

4.3.4 洪水預報

4.3.4.1 自動洪水預報

當降雨發生時，根據實時遙測的水文數據，預報一定時期內入庫洪水總量、洪峰、峰現時間、入庫洪水過程等，結果自動存入數據庫，不做任何人工修改，其預見期范圍內的結果作為預報方案優劣的考核依據。

預報結果可查看實測流量與預報流量的對比曲線，以及相應的洪量、洪峰流量、洪峰時間、洪水頻率等詳細信息的對比。

4.3.4.2 人工干預洪水預報

根據實測的雨量和降雨預報估計未來的入庫洪水。未來時期降雨估計，可以用模型預報，也可據氣象衛星云圖或使用者的經驗判斷。

4.3.4.3 洪峰流量頻率曲線

根據歷年洪峰頻率，利用皮爾遜Ⅲ型曲線生成洪峰流量頻率曲線。以洪水頻率作為洪水的判別條件:洪水頻率與洪峰流量、洪水總量等洪水要素密切相關，同時洪水頻率的大小決定了優化調度模型的選擇。

4.3.4.4 參數修正

模型參數的估計，依賴于水文資料。一般水文資料系列越長，供參考的信息就越多，估計出的參數就越能反映流域實際情況。許多水庫流域，在系統軟件啟動時能用于模型參數率定的水文資料系列很短，或根本就沒有水文資料。模型參數修正模塊，就是在系統軟件運行過程中，隨著水文資料的累積，可以不斷修正模型參數，使得系統軟件應用時間越長，越能反映流域實際情況，使用效果越好。

4.3.4.5 歷史洪水模擬

用當前使用的預報模型和模型參數，對歷史上洪水特點與當前洪水相近的洪水進行模擬，分析當前模型模擬歷史洪水的效果，進而評估當前模型預報未來將發生洪水的可能效果和誤差情況，為決策者和洪水調度提供更多的參考信息。

4.3.5 洪水調度

4.3.5.1 洪水調度

根據不同的需要，在軟件中設計了幾種適合不同情形的調度模型，針對不同的模型可以任意調整控制條件，獲得不同的調度方案，為調度決策時的系統仿真提供了強有力的工具。

4.3.5.2 典型洪水調度

本功能所采用的洪水過程為頻率洪水(如圖3中所指百年一遇洪水等)和模擬洪水，頻率洪水包括了5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇，200年一遇、300年一遇、1000年一遇、2000年一遇和模擬10種頻率洪水，可用于水庫防洪運行計劃的制作和水庫規劃設計計算。

圖3 典型洪水調度過程

4.3.6 河道三維淹沒模擬

根據水庫不同水位時庫區淹沒情況等信息，三維動態模擬不同下泄流量情況下下游河道淹沒情況，給決策者提供參考依據。詳見下頁圖4。

4.4 視頻監控

整合現有視頻監控系統，使用廠家提供的接口，統一接入到管理平臺中。詳見下頁圖5。

4.5 水庫全景瀏覽

使用全景照片漫游技術，制作水庫實景漫游。

4.6 辦公自動化系統

集成了市場上成熟的萬戶OA系統，提供面向不同需求的多項協同管理功能，并具有靈活的設置功能，通過整合、配置和部署可以為用戶定制出個性化的解決方案。功能包括:信息管理平臺、工作流管理、公文管理、綜合事務平臺、通訊溝通平臺、個人辦公、系統管理。

圖4 河道三維淹沒模擬情況

圖5 視頻監控

5 結語

通過對水庫信息化各應用系統的整合，建立綜合信息平臺，達到信息共享，實現統一管理與維護，發揮了水庫信息化的最大效益，提升了水庫管理現代化及應急處理的水平和能力。■

［1］ 水利部信息化工程領導小組辦公室．水利信息化標準指南(一)［M］．北京:中國水利水電出版社，2003．

［2］ SL 61—2003水文自動測報系統技術規范［S］．

［3］ DL/T 5051—1996水利水電工程水情自動測報系統設計規定［S］．

［4］ SL 502—2010水文測站代碼編制導則［S］．

［5］ GB/T 22482—2008水文情報預報規范［S］．

［6］ SL 330—2011水情信息編碼［S］．

［7］ SL 247—2012水文資料整編規范［S］．

［8］ 國家防汛指揮系統建設項目領導小組辦公室．國家防汛指揮系統工程實時水雨情庫表結構［M］．2000．

［9］ SL 323—2011水雨情數據庫表結構與標識符［S］．

［10］ SL 213—2012水利工程基礎信息代碼編制規定［S］．