長距離引調水工程中的信息化建設問題與思考

邊振榮

(甘肅省水務投資有限責任公司，甘肅 蘭州 730030)

隨著《全國水利信息化“十三五”規劃》《加快推進新時代水利現代化的指導意見》等國家政策接連發布，我國大力推進智慧水利建設，全力驅動水利工程治理體系和治理能力現代化，傳統水利行業逐步從“工程水利”發展為“智慧水利、民生水利、生態水利、水利服務”，其中水利信息化發揮著引擎和關鍵動力的作用。

“隴中苦瘠甲天下”，引洮河水，解隴中渴。甘肅省引洮供水工程是解決隴中地區300多萬人吃水問題的“圓夢工程”，在工程完建后如何實現水資源的優化調度，發揮出工程最大效益，其工程信息化建設是當前工程管理者應該思考和面對的首要問題。

1 引洮工程信息化建設現狀

1.1 引洮一期信息化

引洮供水一期工程信息化項目于 2015 年8月啟動，2016 年年底建成主體功能，其信息化建設主要完成十二大系統構建。如圖1所示。

圖1 引洮供水一期信息化系統構建

1.2 引洮二期信息化

引洮供水二期工程信息化建設內容在引洮一期有了較大提升和改善，在其十二大系統構建的基礎上增加了包括多遠全景監控監測、基礎監控監測、全景聯合監測與控制、輸水運行管理與水量計費、智能安全運行與決策支持、綜合信息服務、辦公OA系統、工程維護管理系統、移動應用、集成配電自動化系統10項信息管理業務應用。

1.3 引洮二期配套城鄉供水工程信息化

引洮二期配套城鄉供水工程，實現了以縣為單位的水池、水廠、泵站、管網等供水設施的自動化監測與控制，但仍缺乏以縣為單位的綜合監控與調度管理。

2 信息化需求分析

2.1 業務需求

引洮工程信息化建設需求，緊緊圍繞供水目標，分析工程調度特點和業務流程，系統總體需求歸納為：全程的安全運行管理、水量調度、突發應急事件響應、會商決策。

(1)水量調度功能需求。調度運行管理系統的核心任務就是將把洮河水輸送至輸水干線沿線的各分水口門(或用水戶)。為此，工程需要水量調度的全部功能，包括：當地來水預測、用戶需水統計分析、中長期調水方案的制定、實時水量調度方案的制定、水量統計和水費計算以及調度方案評估等。而對于中長期的調水方案的制定需要依靠水量分配模型，對于實時水量調度方案的制定需要水量調度模型，對于調度方案評價需要依靠調度評價模型。

(2)安全調水的功能需求。引洮工程沿線輸水用建筑物眾多，輸水河道和建筑物的安全問題對安全輸水影響較大，因此，輸水河道、管道、暗渠、隧洞、閥門井、分水口門、河道上的建筑物(泵站、水閘)的安全以及冬季輸水的安全是工程運行管理的重要保障，需要及時對工程運行信息進準確研判、分析、預警，保障工程的安全運行。

(3)自動化調水需求。自動化調水作為引洮供水工程的重要建設目標，工程現地站采用“無人值班，少人值守”的運行方式，分水井、泵站的遠程監控、視頻監視及安防監控功能是均為必備功能。

(4)應急調水。當工程發生險情、遇特大洪水、特大干旱等緊急情況或者工程出現重大事故、重大水污染等突發事件時，以及用戶特殊需求時都需要進行應急調水。需要有應急響應機制，應急預案、應急處置功能、應急調度模型支持，以把損失減小到最小程度。

(5)決策會商。在運行期間，縣調度中心和各水廠、泵站等各級管理機構間需相互協商確定，對各閥(泵)站的運行工況根據現場客觀情況進行調整以適應各種目標要求。因此，需要建立視頻會商系統，便于協商討論，節約人力物力，提高勞動效率。同時，制定中長期調水方案和計劃、各種情況下的應急響應都需要決策者們進行會商，做出最后的決策。需要有綜合信息查詢、會商環境、會商支持系統功能。

(6)輔助功能。由于不同區間內各用戶類型、需水量、需水類型、需水時間等不盡相同，導致水量分配有多種不同的組合方案，不同的水量分配方案將對用戶的滿足度、工程的調度控制、調水成本、調水水價、工程安全等方面帶來巨大影響，必須制定科學的水量分配模型，并以三維展示系統，模擬將要發生的情況，對水量分配方案和調度控制進行驗證。

(7)綜合應用需求。引洮二期配套工程對以下系統具有需求，包括“一張圖”系統、三維數字化平臺、綜合監視與預警系統、調度運行管理系統、工程管理系統、辦公自動化、門戶網站及微信公眾號、用水戶繳費系統。

2.2 數據需求

需要建立底層數據系統，實現數據資源的標準化管理，保證數據的一致性和權威性。

(1)基礎感知需求分析。基礎感知是實現工程信息化監管的必備前提，因此必須構建監測類型豐富、監測手段多樣、信息轉輸穩定、控制安全可靠的立體感控體系，為工程運行管理打好基礎。本工程各標段已建成對水池、水廠、泵站、管線等相關構筑物的綜合監控，包括水力量測、水質監測、工程安全信息、泵站、水廠設備的監控、視頻監控等。

(2)數據整合共享需求分析。通過整合的現有數據資源，實現數據的互聯互通，同時預留接口，保障與上級甘肅省水務投資有限責任公司系統的互聯互通。

(3)數據流程分析：根據運行管理中心業務分析需求，需要及時提供工程供水沿線需水信息、水文氣象信息、用水申請等信息。系統總體數據流程如圖2所示。

圖2 數據流程

2.3 性能需求

(1)可靠性。系統需要具備良好的檢錯能力，能夠保障系統出現的故障很快的得到排除，產生的錯誤能及時發現或能夠進行相應的處理。

(2)可維護性。能夠方便地進行用戶管理，提高系統質量的技術和工具進行明確的質量保證審查、改進程序的文檔、開發功能時要綜合考慮維護方面的工作。

(3)可用性。按照需求實現全部調度控制作業及相關作業功能，操作界面簡單明了，易于操作。

(4)擴展性。能夠適應未來需求的變化，方便靈活地增加新功能模塊，既能保護現有投資，又能延長系統生命周期，充分發揮系統效益。

(5)先進性。采用技術領先的系統平臺和框架體系。

(6)實用性。符合水利工程運行管理的特點和業務需求，操作方便簡單，使系統具有很強的實用性。

(7)應用系統其它性能需求。應用系統是在已建的平臺上進行擴展，必須深度融合，高度集成。

3 存在問題及難點

3.1 長距離引調水工程的復雜性

(1)工程規模大。長線路、高揚程、多級泵站、大功率機組。

(2)構筑物組成形式多。輸水隧洞、渡槽、暗渠、倒虹吸、重力流管道、泵站、水閘等。

(3)供水范圍廣。多支線、大區域、多目標。

(4)供水水量、流量、配水調節復雜。長距離、長延時、大滯后特點。

3.2 長距離引調水調、制、配、用水復雜性

(1)供水水量、流量、配水調節復雜。長距離、長延時、大滯后特點，流態復雜。

(2)用水戶需用水量不均勻。工業、農業、居民生活用水根據季節、時間段等變化大。

3.3 信息感知的不全面性

引洮工程供水線路長，建筑物數量多、類型復雜，存在感知不足的情況。

3.4 信息孤島的局限性

引洮供水主體工程與配套的城鄉供水工程屬于和轄區地方政府合作實施，信息化建設管理參與部門多，存在運行管理單位不同、設計標準不統一等情況，造成部分子系統之間各自相對獨立，不能互通共享數據等問題。

3.5 分階段實施信息化系統更新不及時

引洮工程規模較大，從設計到實施周期比較長，但信息化技術更新快，日新月異，原設計投資比重小，一般情況下，設計單位做重大變更調整手續繁多，因此，針對信息化設備及技術而言，系統更新滯后3～5a。

3.6 水利大腦、調度模型的需求迫切性

由于信息感知的不足及“信息孤島”的存在，使數據的利用率較低，不能充分發揮出數據的作用，在統一集成、統一平臺的基礎上，可以充分發揮出數據的力量，匯集系統內各類數據，整合系統外相關數據，從而實現梳理大腦、調度模型等多種算法。

4 建設方案與建議

4.1 建設方案

根據引洮工程現狀及問題分析，從水務信息化的整體視角，以水務信息化綜合體系為基礎，細化并明確水務業務間的相互關系，對信息采集系統集成、通信網絡建設、數據資源、數據中心以及水務業務應用系統的邏輯架構、物理架構等進行系統規約，統籌業務系統的規劃與設計，保障信息資源共享。對安全保障體系進行統籌部署，確保信息系統的規范建設和安全運行。按照“統一技術標準、統一運行環境、統一安全保障、統一數據中心、統一服務門戶”的要求，構建“1+1+N”的智慧水務總體架構。架構如圖3所示。

圖3 系統架構

4.2 基于目前現狀的建議

(1)統籌考慮引洮一期、二期、二期配套信息化系統建設。引洮一期、二期、二期配套信息化系統應作為一個整體統籌考慮，避免出現數據孤島、重復建設等工程情況。

(2)根據“橫向分區、縱向分級”原則進行業務與管理的分層。系統涉及的業務應用包括綜合監控、水量調度、工程管理、綜合會商、辦公自動化系統等各個方面，為了保障信息安全，在系統的橫向結構上分為生產管理區、辦公信息區和外網，即控制區、管理區與外網區。為保證控制區的信息安全，通過單向隔離設備進行聯通，嚴格控制區間流量的信息交換，保證控制區安全。考慮工程管理、工程運行等方面各自不同的應用需求，縱向上分為綜合會商層、總調中心、分調中心層、縣級調度中心層、現地層。

(3)引入新技術一體化及信息化手段。積極引入測控一體化閘門等一體化設備，降低能耗，降低管理成本。積極引入等新技術，推動傳統運行管理方法與新技術的有效融合，大大提高工程效益。

(4)安全措施需要加強及保障。供水工程關系民生，根據國家等級保護相關要求，按照“統一安全管理、統一安全防御、統一安全運維、統一災備中心”的思路，開展引洮工程信息系統安全建設。

(5)加強數據治理與數據融合。通過將各子系統、各部門、各階段等的數據從底層打通，消除和避免“數據孤島”，更加有效的挖掘數據價值，實現更高效安全的水利信息處理能力、更科學的水利信息收集、研判分析和應急處理能力、更高水平的控制對象遠程控制和調度能力、更便捷的水利業務跨部門、多層級、異地點協調能力。

(6)構建基于引調水及城鄉供水的多層次水利模型。通過匯聚和治理引洮程信息化系統內外的所有相關數據，構建海量異構多元的數據資源體系，開發針對不同管理場景的應用模塊，為決策者提供預警預報、應急管理與決策輔助。

5 結語

水利信息化建設是黨和國家對水利行業的重要要求，做好水利信息化建設，對推進長距離引調水工程從傳統手段向自動化、智能化轉變、提升水利工程系統運行管理水平具有重要意義。引洮工程作為重要的引水工程，關系著上百萬民眾的生活質量，全面推動引洮工程的信息化建設，響應黨中央、國務院號召，對甘肅省工程建設、信息化提升起著重要的作用。