中小型灌區(qū)水利信息化建設(shè)淺析

冷光輝 李傳奇 戴偉 代強(qiáng)

【摘要】為發(fā)揮灌區(qū)在山水林田湖草系統(tǒng)治理中的重要作用，加快水利行業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程，解決中小型灌區(qū)信息化建設(shè)中缺少頂層設(shè)計(jì)的困境，本文在深入分析中小型灌區(qū)信息化建設(shè)與發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利信息化當(dāng)前存在的共性問題，闡述了灌區(qū)信息化建設(shè)的原則，提出了“一個(gè)平臺、兩個(gè)中心、三大體系”的總體架構(gòu)，解決了中小型灌區(qū)信息化建設(shè)缺少理論框架和設(shè)計(jì)思路的問題。

【關(guān)鍵詞】信息化;灌區(qū)建設(shè);物聯(lián)感控;數(shù)據(jù)中心;綜合平臺

0引言

山水林田湖是一個(gè)生命共同體，人的命脈在田，田的命脈在水，習(xí)總書記在《關(guān)于〈中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定〉的說明》中提出，統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)美麗中國的具體路徑和重要手段。隨著國家水治理體系和治理能力現(xiàn)代化程度不斷提檔升級，水利信息化建設(shè)持續(xù)向數(shù)字化、智能化、智慧化方向發(fā)展。灌區(qū)作為山水林田湖草體系中重要組成部分，正朝著三維地理立體展示、水質(zhì)工情實(shí)時(shí)預(yù)警、量水計(jì)收合理精確、資源調(diào)配全面自動(dòng)、應(yīng)急響應(yīng)快速智能的方向全面發(fā)力。

目前大型灌區(qū)信息化水平不斷提檔升級，但中小型灌區(qū)往往由于資金短期、標(biāo)準(zhǔn)不一、維護(hù)不易等原因，信息化建設(shè)水平普遍較低。我國有中型灌區(qū)5200多處、小型灌區(qū)1000多萬處。數(shù)量眾多、分布廣泛的中小型灌區(qū)為推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了水利基礎(chǔ)，是影響全國水利信息化進(jìn)程的重要環(huán)節(jié)和衡量水利信息化完成度的關(guān)鍵指標(biāo)。但目前針對中小型灌區(qū)信息化建設(shè)的較為具體、可操作的方案還較少，本文在分析灌區(qū)信息化建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合水利信息化發(fā)展趨勢和當(dāng)前存在的問題，提出了灌區(qū)信息化建設(shè)原則和總體架構(gòu)，為中小型灌區(qū)的信息化建設(shè)方向提供了思路。

1背景

1.1建設(shè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前我國中小型灌區(qū)的信息化水平普遍較低，現(xiàn)有的水資源管理手段難以適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、履行水行政管理職能，無法滿足水資源可持續(xù)利用和有效保護(hù)的要求，亟需利用先進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新的管理手段來緩解灌區(qū)日益緊張的水資源形勢。

中小型灌區(qū)信息化建設(shè)應(yīng)當(dāng)以技術(shù)手段為抓手，提升灌區(qū)水資源高效管理、防汛減災(zāi)、工程標(biāo)準(zhǔn)化管理、事務(wù)管理工作和公共信息服務(wù)等各方面工作水平，這既是滿足現(xiàn)代化灌區(qū)發(fā)展形勢的需要，響應(yīng)國家智慧水利的號召，也是進(jìn)一步發(fā)揮灌區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會效益，提升水資源管理水平的需要。

1.2存在問題

由于水利信息資源共享困難、管控力度不夠、運(yùn)行維護(hù)資金缺乏等問題，導(dǎo)致目前較多的中小型灌區(qū)信息化建設(shè)程度較低，原有信息系統(tǒng)因年限較長，運(yùn)行狀況不佳，不能發(fā)揮應(yīng)有作用，存在一些共性問題：

（1）缺少頂層設(shè)計(jì)。難以從系統(tǒng)和全局的高度對灌區(qū)信息化的結(jié)構(gòu)、層次、功能和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，存在數(shù)據(jù)共享困難、系統(tǒng)設(shè)備兼容性差等現(xiàn)象。

（2）物聯(lián)感知不足。水位、雨量、視頻監(jiān)控等配套建設(shè)不完善，自動(dòng)化程度低、傳輸手段單一，量測水設(shè)備落后，監(jiān)測數(shù)據(jù)不能自動(dòng)上傳。

（3）缺少統(tǒng)一的業(yè)務(wù)支撐平臺。已建系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不一、無法互通，部分系統(tǒng)已棄用或無法發(fā)揮作用，不能支撐當(dāng)前業(yè)務(wù)管理工作。

（4）數(shù)據(jù)資源分散。存在“數(shù)據(jù)孤島”，無法滿足匯聚、存儲、整編和共享的需求。

（5）不重視運(yùn)維。由于資金、流程等問題，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，比如閘房監(jiān)控或PLC控制柜年久失修、信息系統(tǒng)無人維護(hù)等。

2建設(shè)思路

2.1原則設(shè)計(jì)

（1）需求牽引，突出重點(diǎn)。

立足于灌區(qū)管理現(xiàn)狀，堅(jiān)持以需求為導(dǎo)向的原則，綜合考慮中小型灌區(qū)管理智能化、自動(dòng)化的中長期發(fā)展需求。

（2）統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施。

從全局出發(fā)，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和實(shí)施，按重要程度確定合理的分步實(shí)施步驟，急用先建、分期實(shí)施、逐步推進(jìn)。

（3）安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定。

采用主流、成熟、先進(jìn)的硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，確保系統(tǒng)較高的性能和較低的故障率以及系統(tǒng)建成后能長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）擴(kuò)展方便，易于維護(hù)。

由于灌區(qū)地域面積廣，各現(xiàn)地控制單元分布離散，且部分地理位置偏遠(yuǎn)，宜采用分布式數(shù)據(jù)庫及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。

2.2架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對中小型灌區(qū)水利信息化發(fā)展現(xiàn)狀和建設(shè)目標(biāo)，進(jìn)行 “一個(gè)平臺、兩個(gè)中心、三大體系”的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，如下圖所示：

3建設(shè)內(nèi)容

3.1三大體系

中小型灌區(qū)水利信息化建設(shè)的三大體系指物聯(lián)感控體系、業(yè)務(wù)應(yīng)用體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。物聯(lián)感控體系是建設(shè)智慧灌區(qū)的基本前提，業(yè)務(wù)應(yīng)用體系是提升灌區(qū)管理水平的重要抓手，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是水利信息化的質(zhì)量保障。

（1）物聯(lián)感控體系

物聯(lián)感控體系包括物聯(lián)感知、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸幾個(gè)部分。其中物聯(lián)感知主要針對水位、雨量、氣象、水質(zhì)、水事視頻監(jiān)控等方面，對灌區(qū)內(nèi)重要渠段、涵洞、渡槽、大壩、閘站、易滑坡點(diǎn)等進(jìn)行布設(shè)監(jiān)測，改變傳統(tǒng)中小型灌區(qū)物聯(lián)感知類別少、覆蓋不全面、監(jiān)測手段落后等問題;遠(yuǎn)程控制主要針對閘站等水利工程，將原有閘站改造升級為自動(dòng)化控制，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)配合閘門控制軟件，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度統(tǒng)一管理，按“少人值守”的控制要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行控制及調(diào)度系統(tǒng)遙控、遙信、遙測、遙視功能;網(wǎng)絡(luò)傳輸主要針對灌區(qū)數(shù)據(jù)交換、監(jiān)控信息傳輸、視頻會商等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，構(gòu)建由水利業(yè)務(wù)專網(wǎng)、工控網(wǎng)、視頻監(jiān)控專網(wǎng)等組成的網(wǎng)絡(luò)傳輸體系，形成灌區(qū)管理局與水利站工程連通的網(wǎng)絡(luò)閉環(huán)，對外連接省級水利主管部門、省級政務(wù)網(wǎng)、視頻會商專線和互聯(lián)網(wǎng)等，為灌區(qū)全局信息化建設(shè)提供數(shù)據(jù)傳輸支撐。

（2）業(yè)務(wù)應(yīng)用體系

中小型灌區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用體系的建設(shè)應(yīng)綜合考量灌區(qū)信息化的實(shí)際情況與業(yè)務(wù)需求，一般搭建以灌區(qū)運(yùn)行管理、調(diào)度管理、事務(wù)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)的信息化框架。

運(yùn)行管理系統(tǒng)以安全監(jiān)控、水雨情數(shù)據(jù)庫、地理信息數(shù)據(jù)庫為支撐，以信息管理、查詢、常用業(yè)務(wù)分析為主要內(nèi)容，涉及監(jiān)測預(yù)警、協(xié)同監(jiān)管、應(yīng)急管理等方面，并提供安全監(jiān)測、灌區(qū)雨情、水情以及歷史洪水信息查詢、輔助決策分析服務(wù)，為灌區(qū)防洪抗旱、興利調(diào)度提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

調(diào)度管理系統(tǒng)包括水文預(yù)報(bào)和水資源調(diào)度，水文預(yù)報(bào)為灌區(qū)調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)支撐，而水資源調(diào)度是滿足灌區(qū)供需水配置目標(biāo)的重要手段。水文預(yù)報(bào)主要在對灌區(qū)氣象、水文、工程等信息資源進(jìn)行調(diào)用管理的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)報(bào)模型及方案，進(jìn)行不同預(yù)見期的水文預(yù)報(bào)預(yù)警并生成預(yù)報(bào)結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)降水融合預(yù)報(bào)以及短期水文預(yù)報(bào)結(jié)果的共享發(fā)布和多維可視化呈現(xiàn)。水資源調(diào)度以水文預(yù)報(bào)結(jié)果為支撐，集成灌區(qū)各類信息資源和供水調(diào)度模型，設(shè)計(jì)調(diào)度方案生成、調(diào)度方案比較評價(jià)、調(diào)度方案仿真及可視化等功能，為灌區(qū)水資源調(diào)度的科學(xué)決策提供依據(jù)。

事務(wù)管理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)灌區(qū)事務(wù)管理的現(xiàn)狀和工作需求進(jìn)行搭建，提供水文資料整編、檔案管理、水政輔助管理等功能，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)事務(wù)工作的信息化與網(wǎng)絡(luò)化。

（3）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

灌區(qū)水利信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)各類水利工程及信息化建設(shè)項(xiàng)目統(tǒng)一、科學(xué)、高效管理的基礎(chǔ)保障，基于國家、水利行業(yè)及地方現(xiàn)有水利信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合灌區(qū)自身的特點(diǎn)，建立適用于灌區(qū)管理及運(yùn)行維護(hù)的指導(dǎo)性規(guī)范，一般應(yīng)包括前端設(shè)備管理、應(yīng)用系統(tǒng)管理、安全管理及數(shù)據(jù)管理四個(gè)方面。

3.2兩個(gè)中心

信息化建設(shè)的兩個(gè)中心指灌區(qū)數(shù)據(jù)中心和會商調(diào)度中心。數(shù)據(jù)中心是灌區(qū)信息化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件，會商調(diào)度中心是應(yīng)對防汛抗旱等突發(fā)災(zāi)情時(shí)統(tǒng)一指揮、協(xié)同調(diào)度和快速處置的基礎(chǔ)保障。

灌區(qū)數(shù)據(jù)中心建設(shè)是信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)工程，宜采用一體化平臺的設(shè)計(jì)思路，綜合集成現(xiàn)有和新建系統(tǒng)，打通“信息孤島”，建立統(tǒng)一的綜合數(shù)據(jù)庫，提供統(tǒng)一的訪問機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不同權(quán)限用戶的數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)應(yīng)用，達(dá)到信息資源共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的目標(biāo)。對集成的海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量評估，利用大數(shù)據(jù)分析方法提高數(shù)據(jù)治理效率，定制開發(fā)數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、融合、加載流程，將原始分散、重復(fù)、低質(zhì)量的數(shù)據(jù)，治理成格式統(tǒng)一、類型統(tǒng)一、編碼一致、邏輯一致、數(shù)源清晰的高質(zhì)量數(shù)據(jù)集。

會商調(diào)度中心承擔(dān)著灌區(qū)水資源調(diào)配、防汛抗旱等業(yè)務(wù)指揮、會商的重要功能，為遠(yuǎn)程視頻會商、本地會議、會議顯示等業(yè)務(wù)提供直接支持，為值班、辦公、調(diào)度決策、信息發(fā)布等應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)提供通用底層的支持，一般包括大屏幕顯示、視頻會議、會議擴(kuò)聲、集中控制等子系統(tǒng)。現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化的灌區(qū)會商調(diào)度中心，將為灌區(qū)視頻會商、工程控制、運(yùn)維管控提供安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)運(yùn)行保障環(huán)境。

3.3一個(gè)平臺

中小型灌區(qū)信息化建設(shè)的“一個(gè)平臺”指灌區(qū)綜合服務(wù)平臺，一般應(yīng)包括統(tǒng)一門戶、灌區(qū)一張圖、大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)等信息化內(nèi)容。統(tǒng)一門戶應(yīng)基于統(tǒng)一用戶體系，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的統(tǒng)一入口和權(quán)限管理，包括單點(diǎn)登錄、綜合展示、信息發(fā)布等功能，為實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源管理、工程管理、灌區(qū)事務(wù)管理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成整合;“灌區(qū)一張圖”通過地圖空間數(shù)據(jù)及屬性信息的錄入，形成豐富的水利地理信息中心，直觀地將物理對象數(shù)據(jù)基于網(wǎng)格化地圖進(jìn)行顯示和定位管理，解決空間定位、分析與決策問題，結(jié)合灌區(qū)水務(wù)境界、水系、確權(quán)劃界資料以及防汛、決策等業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建二三維GIS平臺，實(shí)現(xiàn)GIS的水利行業(yè)應(yīng)用功能;大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)中心和灌區(qū)一張圖，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，進(jìn)行灌區(qū)水利大數(shù)據(jù)的深度挖掘、分析、應(yīng)用，建立集物聯(lián)網(wǎng)管理可視化、水利工程管理可視化和水資源管理可視化為一體的大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，提升灌區(qū)管理人員的工作效率和管理水平。

4結(jié)語

現(xiàn)代化中小型灌區(qū)建設(shè)中，必須以灌區(qū)信息化體系為支撐，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)人工到智能自動(dòng)的轉(zhuǎn)變，從被動(dòng)響應(yīng)到主動(dòng)應(yīng)對的轉(zhuǎn)變。通過推進(jìn)中小型灌區(qū)水利信息化建設(shè)，統(tǒng)籌大、中、小型灌區(qū)同步發(fā)展，以信息化技術(shù)為抓手，促進(jìn)管理方式的轉(zhuǎn)型升級，推動(dòng)傳統(tǒng)灌區(qū)向智慧化灌區(qū)的跨越式發(fā)展，實(shí)現(xiàn)大中小型灌區(qū)現(xiàn)代化管理。在廣泛調(diào)研學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上結(jié)合智慧水利建設(shè)的總體構(gòu)想和推進(jìn)建議，提出了中小型灌區(qū)信息化建設(shè)思路，主要建議如下：

（1）重視頂層設(shè)計(jì)。頂層設(shè)計(jì)是指導(dǎo)智慧水利建設(shè)的總體綱領(lǐng)，對指導(dǎo)灌區(qū)信息化建設(shè)意義重大，建議有條件的地區(qū)組織相關(guān)單位，加快完成中小型灌區(qū)信息化頂層設(shè)計(jì)，暫時(shí)無條件的地區(qū)可參考“一個(gè)平臺、兩個(gè)中心、三大體系”的架構(gòu)完成灌區(qū)信息化建設(shè)。

（2）強(qiáng)化人才培養(yǎng)。完善人才評價(jià)和激勵(lì)機(jī)制，加強(qiáng)水利信息化技術(shù)人才隊(duì)伍的建設(shè)。

（3）完善建設(shè)機(jī)制。從規(guī)劃計(jì)劃投融資、建管運(yùn)維等多角度完善灌區(qū)信息化建設(shè)機(jī)制，盡快出臺中小型灌區(qū)信息化建設(shè)的指導(dǎo)意見和建設(shè)指南。

（4）加強(qiáng)后期運(yùn)維。從資金、機(jī)制等方面，增強(qiáng)中小型灌區(qū)信息化建設(shè)的后期運(yùn)維管理效果，保障信息化建設(shè)成果的持久性。

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基金項(xiàng)目：灌區(qū)水利工程全方位安全監(jiān)管研究與應(yīng)用示范（川水科2018015號）;四川省智慧水利標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)指南研究（2020JDKY0027-5）

第一作者：冷光輝，出生年月1965年2月，漢族，水利水電工程專業(yè)