水庫信息化平臺建設與研究

周其春

（深圳市西部水源管理中心,廣東 深圳 518000）

0 引言

為適應國家信息化建設和流域、區域管理的要求,采用計算機網絡信息技術實現對水庫的智慧化管理,是破解傳統水庫管理弊端的有效方式。近年來,移動互聯網、物聯網、云計算等現代信息技術的迅速發展,為解決水庫的安全運行提供了新的思路[1]。水庫信息化建設應傾向建設綜合應用系統,以實現對海量監控數據的有效管理,挖掘各類檢測信息,通過信息化手段提升水庫運行管理水平。

1 平臺建設

水庫智慧化管理平臺系統是專門針對水庫綜合信息管理而開發的開放式信息檢測管理系統。系統主要由數據庫管理、閘門監控監視、水情測報、洪水預報、大壩安全監視等子系統構成。

1.1 總體架構

通過梳理水庫管理體系,基于B/S架構構建統一的大中型水庫智慧化管理平臺,滿足水庫日常管理、業務分析和對外展示的需要。系統架構見圖1。

圖1 系統架構

物聯感知層包括水文氣象、終端傳感器、遙感采集數據等。運行環境層主要是以統一的應用支撐平臺,對數據進行整合,將子系統互相獨立的數據庫整合為統一的數據庫,以提高系統運行效率。平臺業務功能通過應用層和展示層實現,主要由大壩安全監測、水雨情采集、閘門自動控制、水質在線監測、數字視頻監控、洪水預預報警、供水計量監控、三維WebGIS系統等部分組成。

1.2 數據庫管理

1.2.1 數據整編

管理人員篩選和整編觀測數據,不定期生成數據庫。數據整編功能主要是批量提取觀測數據以形成整編數據庫,同時提供數據瀏覽和刪除等簡單操作。

1.2.2 數據批量錄入

能讀取保存在Excel文件中的監測數據,并批量轉入到服務器上的整編數據庫中。既要有較大的靈活性,又要有一定的便捷性,自動掃描新增測值,并批量轉入到整編數據庫。

1.3 水情測報

1.3.1 降雨量信息查詢

該功能主要是通過柱狀圖和表格形式顯示流域各雨量站的時段降雨,用戶可選擇不同查詢條件查詢各站的降雨情況。用戶可選擇不同數據時間類型（小時、日、月、年）,單站或者多站,分別選擇開始時間和結束時間,查詢選擇時段內的各站不同時間類型的雨量柱狀圖和表格數據。

1.3.2 降雨量信息統計分析

（1）降雨對比分析

降雨對比分析能夠按照選定的時間范圍,對雨量站進行環比、同比和任意時間對降雨量的對比。

（2）降雨距平分析

降雨距平分析為用戶提供任意時段累計降雨量與多年平均降雨量的對比分析功能。降水量距平分析主要按照分析時間長度分為：日、旬、月、年4種類型的距平分析。

1.3.3 水位信息查詢

該功能主要是通過過程線和表格形式顯示庫區各水位站的時段水位和流量過程線或庫容過程線,用戶可選擇不同查詢條件查詢各站的水位流量情況。用戶可選擇單站或者多站,分別選擇開始時間和結束時間,查詢選擇時段內的各站的水位、流量或庫容過程線和表格數據。

1.3.4 水位信息統計分析

（1）水位變幅分析

水位變幅分析是指根據已有數據分析水位的漲落變幅情況,有利于用戶掌握水庫的水情變化。水位變幅分析主要結果包括：最高水位及出現時間、最低水位及出現時間、水位變幅值、每個變幅范圍內分布的站點數。

（2）洪（枯）水排位分析

洪水（枯水）位排位分析主要為用戶提供各類最高水位之間對比分析的功能。對比分析分為兩類：與歷年最高（最低）水位比較、與歷史同期最高（最低）水位比較。通過比較得到當前水位的排位情況。

（3）水庫水情分析

蓄水量對比分析功能主要為用戶提供快捷的蓄水量同期對比、與多年均值對比、與自定義時間的蓄水量對比的功能。

（4）蓄水量總量統計

蓄水總量統計為用戶直觀地掌握某地區水庫蓄水狀態提供方便。蓄水總量統計按照行政區劃、和水庫的類型分類統計匯總,得到某個固定時刻水庫的蓄水總量情況。為用戶進行水庫調度提供數據支撐。

1.4 閘門監視

該子系統通過TCP/IP協議接入監控中心網路系統,主要功能是采集閘門開關狀態、庫水位、閘門流量、閘門安全狀況等主要信息。

閘門監測實現了閘門的實時監測,保證數據及閘門狀態與現地保持一致。閘門實時監測包括閘門狀態、控制方式、閘門開度、電氣量、報警信息、水位等實時信息。系統結構見圖2。

圖2 閘門運行實時監視系統結構圖

實時運行監視包括對設備監視、狀態監視、過程監視、趨勢分析及越線檢查。即管理人員通過顯示屏對系統各主要設備運行參數和狀態實時監測,完成控制和參數修改優化。自動狀變、受控狀變及設備異常均可反饋并記錄。對閘門上升或下降過程,可實現流程框圖型式顯示全部工況執行過程,同時完成開環運行指導和閉環自動操控。趨勢分析功能能完成運行參數的趨勢分析,預測故障和越限報警。

1.5 水工安全

水工安全監測點查詢主要包括撓度監測點查詢,裂縫、水平位移監測點查詢、垂直位移監測點查詢、滲壓監測點查詢、揚壓力監測點查詢、量水堰（滲流）監測點查詢。

1.6 預報和調度

1.6.1 洪水預報

預報類型分為三種方式：實時滾動預報、用戶自主選擇時段進行預報和用戶預測未來降雨進行洪水預報計算。用戶可查看用雨量柱狀圖、水位和流量過程線表示的洪水預報結果。還可將開始計算時間至當前時刻的實測水位和流量與計算水位和流量進行對比,見圖3。

圖3 實時洪水預報

模擬降雨預報通過用戶選取時段和假設的雨型雨量模型,預報水庫未來入庫流量,其具有結合降雨綜合信息,模擬不同降雨等級條件下的水文情勢的功能。詳見圖4。

圖4 模擬降雨洪水預報

1.6.2 水庫調度

（1）水庫實時調度

提供豐富的專業圖表顯示。可顯示中間和最終計算結果,能夠關聯顯示入庫、水位、出庫、出力、棄水等相關信息表格、圖形,統計分析相關特征信息指標。圖表顯示內容可以自由選擇,能夠自動提示各種特征信息,發布告警信息。水庫洪水調度運行見圖5。

圖5 水庫洪水預報

（2）調度方案優選

調度方案評價與優選主要是已經生成的調度方案,在專家參與會商時,對各調度方案進行優選,確定最優的調度方案進行水庫調度或進行參考。如果調度方案不理想,可人工交互修改調整方案,確定最終要實施的調度方案,發布調度方案。并提供打印、導出上傳調度方案的功能。

（3）調度成果管理

將最終實施的調度方案保存到調度方案成果表中,用戶可查詢最終的調度結果,生成過程線圖和表格數據,并進行特征值的統計。用戶可將方案調度結果與實際的調度結果進行對比分析。

2 系統應用實例

（1）實時水雨情監測功能

水情自動測報系統將采集到的水雨情信息實時地傳輸到監控系統中,在監控系統中可以很方便的瀏覽水雨情信息。

（2）洪水預報功能

洪水預報模塊作為水情自動測報系統的展示平臺,直接調用水情測報系統的洪水預報結果,用戶以瀏覽器（Web）的形式對洪水預報個項信息進行查詢,統計分析,通過表格和圖形的方式在Web上,讓用戶對當前的防洪形勢有個直觀全面地了解。

（3）大壩安全監測功能

水庫所涉及的各大壩斷面均設置水工安全監測系統,該系統檢測設備通過MCU采集數據并傳入對應的監控中心。經過協議轉換為TCP/IP協議,并以以太網口接入監控中心的網絡系統中。大壩安全監測主要實現監測信息查詢、監測點設置、相關分析及數據整編等功能,形成完整的大壩監測體系。

（4）閘門監測功能

水閘監測系統是由監控系統的組態軟件利用各種通訊接口和網絡協議接收測點的實時數據,并顯示在監控工作站上,然后將數據自動定時地傳輸到整合數據庫中,由整合系統軟件進行統計分析。

本系統平臺應用于深圳市西部水源管理中心數字化項目,這是一個系統、完整的信息化工程,建設內容涵蓋了大中型水庫管理的所有信息化內容,包括完備的自動化控制系統、監測采集系統、大屏會商系統、視頻監控系統、大壩安全監測系統、智慧水庫平臺等。系統綜合利用了移動互聯、模型計算、三維仿真、協同辦公等先進技術,是深圳市水利信息化建設的標桿工程,代表了水庫信息化建設的高水準。

3 結語

國內同類型技術在大中型水庫的應用大多為相對獨立的單一功能系統,呈現“信息孤島”的特質。本平臺旨在于為水庫構建一套綜合性、一體化的智慧管理系統,不是多個功能的簡單集成,而是將一次工作流程、一項管理業務所涉及的全部環節進行有機結合,以實現無人值班（少人值守）的標準化、智慧化管理。