中順大圍水利工程信息化技術的管理與應用研究

梁志謀

（中山市堤圍管理中心，廣東 中山 528400）

由于信息化技術具有智能化、先進化、快速化的特征，所以被應用在了各行各業。而水利工程作為利國利民的重要基礎設施，對于防災與水資源調度起著非常重要的作用，在管理過程中會產生諸多數據。所以要合理利用信息化技術，構建龐大的信息化平臺，加強對數據的收集和應用。從而對供水、防洪、發電和灌溉進行控制，簡化工作的流程，強化工程的質量和安全性。

1 工程概況

中順大圍水利工程位于珠三角南部，西江出海口，干堤長度為120km，圍上總共有49座水閘，9宗外排泵站，集雨面積779km2，捍衛面積達到了3.33萬hm2。圍內包括了各類產業，經濟來往密切，人口數量多達60多萬，同時也有岐江、廣珠等公路從其中穿過。中順大圍水利工程的作用，在于阻攔西江大水對四周的大涌、橫欄、沙溪所造成的危害，而且該地區經常發生極端惡劣天氣，比如洪澇災害、臺風、暴潮等。所以需要充分利用先進的信息技術，建成集網絡通信、群閘集控、防洪調度系統等，形成一個先進而智能的中順大圍工程調度系統。從而保證中順大圍工程調度系統更好地運行，起到防洪防潮的作用，保障人們的生命財產安全。

2 水利工程中信息化技術應用的意義

2.1 節約水利工程管理的資源

水利工程建設的規模非常大，建設周期很長，所消耗的資源更是非常多。通過在水利工程項目中用到信息技術，可發揮出高效的優勢。比如借助信息技術來對工程每一個部分進行統籌規劃，在設計過程中利用信息技術來收集各種信息、數據，可為規劃工作提供所需要的參考資料，節約前期階段的資源消耗。而且也能充分利用信息化技術的計算分析功能，選出最佳的方案，提前預知可能產生的一些突發情況，采取針對性的方案和對策。所以也減少了財力、物力、人力等資源的消耗，節約了時間，降低了工作人員的工作負擔[1]。

2.2 實現統一的管理目標

因為各水利工程由不同的施工單位所建立，難免在兼容性、銜接性方面存在差異，所以要采用統一的信息化平臺來進行管理。該系統能減少繁瑣的維護，提高管理的效率，促使中順大圍工程的調度效果更佳。并且防止因軟件漏洞及硬件故障等問題，而影響業務系統基礎環境的安全運行，通過統一化的管理技術和平臺，從而實現共同的管理目標。

2.3 提高管理的效率

通過在水利工程中采用信息化技術，也能提高管理的效率。中順大圍水利工程位于珠三角南部，西江出海口，而且整個工程的面積較大，全長119km。如果僅僅依靠人工管理，會耗費較多的時間和資源。借助先進的信息化技術，可對水利工程進行全面監測，對水利工程的數據進行采集和分析，傳遞到計算機系統中。從而及時發現其中存在的問題。同時也方便對數據進行應用，避免產生危險事故。工作人員通過計算機系統，可進行遠程操控，促使管理更加科學有效。

2.4 提高決策的水平

水利工程的決策會受到諸多因素的影響，這些決策必須收集海量信息，比如水文信息、地理信息、工程信息、其他信息等。通過先進的信息化技術，能自動收集數據和信息，提高水利信息分析的準確度。比如通過大數據技術和遙感設備，可清楚掌握水利情況，根據對天氣和其他信息的分析，預測是否會產生洪澇災害、旱災。為各項決策提供有用的參考依據，并提高水利工程決策的水平，推進各項工作的順利開展。

3 水利工程信息化技術的應用原則

中順大圍水利工程的信息化技術應用，要遵循 5 個原則：①可操作性的原則，在進行設計的過程中，必須促使界面更加簡單易操作，避免太過于復雜和繁瑣。方便管理人員進行使用，提高系統的使用效率，發揮出強大的功效。②開放性的原則，整個信息化系統的設計和應用，需要不斷完善，在長時間的使用過程中進行改進，從而保證其具有可行性，因此要遵循開放性原則，滿足使用的需要。③方便性的原則，其要具備多次開發的工具，可進行拓展。而且在傳遞數據時能進行兼容，方便各種資料和數據格式的轉化，有利于對數據資料進行應用。④智能化的原則，信息化技術必須能進行智能化感知、預測，貫穿于防洪防災、水資源配置、環境保護中。并實時展現出水利工程的情況，為管理工作提供可視化的影像資料、數據信息[2]。⑤安全性的原則，必須保障信息和數據傳遞的安全性，避免泄漏。所以信息化技術要具有一定的穩定性，一旦發生問題要能技術進行維護。而且能根據水利工程的情況，設置不同的登錄權限，起到保護信息安全的作用。

4 水利工程信息化技術的應用策略

為了提高中順大圍水利工程的管理效率，并強化水資源調度，減少洪澇災害，優化水質，中山市投入了兩千多萬，構建了集網絡通信、群閘集控、防洪調度決策支持系統為一體的信息技術管理工程體系。整個體系不但先進、智能，而且覆蓋面廣，可涵蓋四周每個鎮區的直屬閘站工程。

4.1 計算機通訊網絡系統

在本計算機通訊網絡系統的設計中，主要包括了光纖網絡、交換機、物理隔離網閘、防火墻等。而且增加了網絡拓撲，在設計的過程中，根據中順大圍水利工程的實際情況，對系統架構的布置進行優化。精確到不同的網絡層，比如中間層、網絡層、通信層，快速收集和傳遞各種數據信息。

在中順大圍水利工程的大堤中，對計算機通訊網絡系統進行設置。鋪設通信光纖網絡為120km的環形網，連接四周的水閘、船閘、泵站、圍內小型水利工程。并促使中順大圍水利工程和圍堤中的水閘、船閘、泵站、水利，通過互聯網進行連接。全面監控水利工程的每一個點，遙測站點的信息數據、語音、影像。將其傳遞到不同的監控分中心、中順大圍調度中心，并實現遠程操控，為中順大圍工程調度提供暢通、穩定的通信通道[3]。最后還要設立安全保障的防火墻，拒絕外部訪問，避免信息和數據泄露。

4.2 信息采集系統

信息采集系統能自動采集大圍內外江水文、水位以及流量等數據，并自動生成表格儲存相關數據，為調度提供所需要的決策依據。并建立自動水位測站、雨量自動測站、水閘自動流量觀測站、中順大圍內河流量站。采用水平聲學多普勒流法，建立了幾個在線流量遙測點，其中包括東河、西河、太平、岐江河等，方便監測中順大圍河道斷面流量，為水利工程調度提供依據。通過接入、增加自動遙測設備，應用傳感器、無線通訊、計算機及遙測遙控等技術，在附近的鎮內接入一些水位、雨量自動遙測站點，對水情數據、閘門運行信息等進行收集和應用。

將信息采集系統應用在本水利工程項目中，需要進行全局統籌、多方面考慮，比如充分考慮水利工程和地區發展的特點，在交通條件不佳的區域建立信息網絡，設置觀測點，收集完善的數據和信息。而且充分發揮出一定的協同效應，注重信息收集的完善性，其體系結構建設項目如表1所示。

表1 信息采集系統結構

4.3 群閘控制系統

群閘控制系統的作用，在于對中順水利工程的水閘、泵站進行監控，并實現遠程操控。整個系統包括了管理處調度控制中心群閘控制系統、自動化控制系統、服務器、分控中心等等。

4.4 調度決策支持系統

4.4.1 決策支持系統

整個調度決策支持系統采用了現代信息技術，在防汛抗旱指揮、水源監控、綜合管理信息資源整合的基礎上，進行完善和升級，構建基于統一技術架構的平臺。其以大數據分析技術作為支撐，具有信息收集與分享、全流域模擬和預報調度、監控等功能[4]。而且調度決策支持系統包括了多數據源、數據存儲與交換、基礎支撐服務、業務應用服務、終端等部分。

調度決策支持系統的作用，在于獲取所需要的信息或數據，再進行計算和分析，從而得出最準確的結論，方便管理人員進行決策。不但可以綜合收集每一個遙測站的水文、工況等信息，也可以對感潮河段歷年潮位數據進行利用，從而獲得海量歷史水文數據，自動生成內外江的水位漲落規律和趨勢。同時也可以分析利用各調度工程的內外江水位信息，全面把控河道匯流歷時和水位、水量、水流關系，根據圍內河涌自然情況，通過水動力模型演算，生成水閘、泵站的綜合調度方案。按照中順大圍防洪（潮）、排澇、水環境調度的調度目標，找出水閘、泵站的調度問題，制定出各種各樣的調度方案，解決其中的不足，從而達到防洪排澇、水資源調度的作用，滿足轄區內對水資源的使用需要。

4.4.2 調度中心

基于計算機信息技術的調度中心，具有自動化、智能化的功能。通過在中順大圍水利工程中建設和應用調度中心，可對中順大圍內各閘、站工程進行動態化監控。工作人員可遠程調取所有的數據與資料，對其進行應用，從而快速掌控水利工程的實際運行狀態。整個調度中心包括了計算機中心控制室、監控值班室、調度會議室等等。

4.5 數據庫系統

數據庫系統在水利工程中非常重要，其包括了工程建設規劃管理模塊、工程進度仿真分析模塊、工程質量控制模塊、合同管理模塊、概預算管理模塊、材料設備管理模塊、檔案信息管理模塊、工程信息發布模塊等等。通過這些模塊之間的互相協作，能為水利工程提供所需要的數據。在進行建設的過程中，要嚴格遵循“數據統一管理”“信息資源共享”等原則，對數據庫結構進行設計，再開發出不同的專業信息系統。

通過數據庫系統，可對歷史數據進行統計、分析、查詢，自動生成各種數據報表。實現對水泵、水源、水質、管網的監測，一旦發現水質和水位的異常，便會自動進行報警。在中順大圍水利工程的建設階段，充分利用了數據庫系統來進行規劃。而且設計出了基于Hadoop的大數據融合挖掘系統，綜合HDFS存儲技術，通過MapReduce對大數據算法進行優化，從而可快速查詢結果，也借助三維可視化技術來展示出本水利工程的各種數據[5]。

在對中順大圍水利工程進行運營管理時，也充分利用了大數據庫系統來對區域水土流失的情況進行評價、監測，對灌區閘門、水質、渠道、水雨等數據進行匯總，預測洪澇災害、旱災等，并隨時調整水庫的分配量，實現對當地水資源的合理分配。

4.6 計算機仿真系統

整個計算機仿真系統包括了兩部分，一部分是功能性仿真，即地形地質三維模型、水工建筑物三維模型、三維模型材料特性、地形地質水工建筑物三維仿真模型、靜動力與水力學仿真、工程評估、校驗。另一部分是視景仿真，即地質地形視景模型、水工建筑物視景模型、貼材質配套模型、建筑屬性、工程虛擬體驗。

通過在中順大圍水利工程中采用計算機仿真系統，可實現對整個過程的準確預測，對預測結果進行優化，得出最佳的項目管理方案，提高水利工程的管理效率。比如在水利工程開工之前，借助仿真系統對中順大圍四周的環境、自然天氣進行仿真和模擬，結合水利工程減少的參數來進行掃描，分析仿真結果，預測出了可能產生的問題——超強臺風即將登陸，西河水閘最高水位可能超過2.72m。這會導致西河水閘停電、液壓啟閉機無法運作。針對仿真系統所模擬預測的情況，提前采取針對性的措施，根據安全生產規范來進行操作，而且啟動了備用電源，降低了自然災害所帶來的損失。而且計算機仿真系統還能提高計算的進度，不需要人工勘測，效率更是非常高。

4.7 GPS定位系統

在水利工程的信息化技術中，還包括了GPS定位系統，其也被稱為全球定位系統（Global Positioning System）。GPS對于滑坡和變形、洪澇災害的預測，起著非常重要的作用。比如在中順大圍水利工程中，通過GPS技術來對壩體變形進行了監控，具有一定的精度，自動化程度較強，能降低勞動強度，可隨時進行動態性監控。根據GPS技術的監測結果，最后提出了攔蓄錯峰的決策，降低了大堤的防汛壓力，發揮出了防洪的作用。而且也將GPS技術應用在滑坡監測中，通過可視化的方式展現出水利工程的滑坡情況[6]。比如在開展中順大圍水利工程的滑坡監測時，借助GPS的高程監測，提高了精度和自動化程度。監測點平面位置精度達到了1.6mm，而高程精度甚至達到了1mm。

5 總結與體會

水利工程作為對民生有利的重要工程，不但可以提高水資源的利用率，而且能防災害，減少成本的消耗，為管理決策提供所需要的依據。所以相關企業要建立信息基礎平臺，收集更多信息和數據，為水利工程的建設和管理提供信息支持，從而實現安全、質量和效益方面的目標。同時還要不斷加強信息建設工作，發揮出水利工程的強大功效，創造更多的經濟效益、社會效益。