水利信息化在某灌溉工程中應用實例的探討

任海康，王曉云

(中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222)

0 引 言

2021年2月，李國英部長提出了智慧水利建設總體思路，按照“大系統設計，分系統建設，模塊化鏈接”原則，以“數字化場景，智慧化模擬，精準化決策”為路徑，按照“2+N”體系開展建設，“2”為提升水災害防御能力、建設水資源調度與管理配套體系，“N”是按照相關職責，找準推動新階段水利高質量發展的新需求，建設業務應用系統，實現用數據治理、用數據決策、用數據說話。

某灌區覆蓋范圍涉及3個縣，17個鄉鎮、1個農場，開發任務是農業灌溉和供水，設計灌溉面積3.94×104hm2，供水范圍人口11.3萬人。為提升該灌區信息綜合利用水平，實現水資源的合理配置，在灌溉工程建設基礎上，建設水利信息化系統。灌區信息化系統建設內容包括數據采集系統、通信網絡系統、數據資源系統、應用支撐系統、業務應用系統、運行實體環境和系統安全體系等部分，文章重點對信息化系統的核心部分—業務應用系統進行探討[1-3]。

1 信息化系統總體設計

1.1 系統架構

根據灌區建設和管理的目標及任務，灌區信息化建設需覆蓋數據采集、傳輸、存儲、應用決策、灌區水利信息服務等各個環節。灌區信息化建設核心框架主要包括數據采集層、通信網絡層、數據資源層、應用支撐層、業務應用層、運行實體環境和系統安全體系等部分。

圖1 信息化系統總體架構圖

1.2 應用架構

根據灌區信息化管理需求，業務應用涵蓋WEB端和移動端，具體應用架構如圖2所示：

圖2 信息化系統應用架構圖

2 業務應用系統研究探討

2.1 工程一張圖展示

系統采用高分辨率衛星遙感影像和高精度地形數據制作項目區域的三維展示場景，高分辨率衛星遙感影像采用空間分辨率不低于0.2m精度的多光譜數據，高精度地形數據采用不低于12.5m精度的DEM數據。系統將各種矢量數據疊加到數字高程模型表面，產生逼真的地形地貌模型，生成灌區三維仿真場景，實現灌區從整體到局部、從庫區到下游河道、從渠道到泵站的全方位立體式交互漫游。在地形地貌展示的基礎上將灌區工程各監測點位上圖，點擊即可展示實時監測數據，用戶可以直觀地了解工程各部分實際運行情況，展示還包括地圖導航、GIS分析等功能。

2.2 綜合監視

綜合監視系統實現灌區數據采集信息的可視化展示及統計分析功能。通過統一的數據接口對灌區涉及的水雨情監測、量水監測、工情監測、墑情監測、工程安全監測、視頻監視等各類設備上報的數據進行接收、計算、存儲、預警預報、人工校正和統計分析處理，為灌區水量調度、水量計量與水費征收等業務應用提供數據支持。

2.3 灌區水量調度決策系統

系統基于水量調配模型實現調配方案的模擬和優選，為灌區制定水量調配方案、監控水量調度過程提供應用支撐服務。水量調配管理系統在功能上分為配水計劃管理、水量調配模型建立、水量調配管理、水量申請審批管理、水量應急調配管理、用水考核和配水評價總結等。

1)配水計劃管理：

通過數據庫調用，獲取灌區基礎信息和監測信息，為配水計劃提供輸入數據支持。系統依據灌區各灌片歷史用水情況和歷年供水條件，結合本年度來水條件和用水需求，自動制定處本年度總配水計劃，為灌區水量調配提供依據與參照。

2)水量調配模型建立：

水量調配模型是水量調配的基礎，可以依據灌區水量分配原則，構建水量調度模型。在系統中，需要對水量調配模型進行管理，包括模型參數維護管理、灌區需水量預測和可供水量預測。

3)水量調配管理：

系統將生成的配水計劃發布至調度人員，調度人員下達配水指令至配水人員，并可通過系統監視執行情況，包括閘門開閉時間，配水量實時和歷史數據查詢等。

圖3 水量調配管理流程圖

4)水量申請審批管理：

當用水戶需要臨時用水時，可通過該功能模塊提交用水申請，系統接收到申請后可列入實際用水需求中，參與下階段水量分配，并根據分配情況進行審批管理。

5)水量應急調配管理：

若灌區內某個灌片需要應急調水，系統可根據水源和骨干渠儲水量監測情況，自動計算出最佳調水路徑，從而輔助管理者進行調水決策。系統可自動計算出調度路線每個閘門的開啟時間、閉合時間以及閘門開度等，實現水量的精確調配。

6)用水考核：

系統可將自動制定的水量調配結果與各用水戶上報的需水情況進行比對，分析系統調配結果是否滿足實際灌溉用水需求，并制定用水考核表，為下一階段配水提供數據支撐。

7)配水評價總結：

對水量調度結果進行分析評價，包括各用水戶用水量、水量損失、各水源供水量，灌區年內不同月份取水量等，通過評價不斷優化調度方案。

2.4 綜合辦公

綜合辦公系統圍繞實際辦公需要，整合、規范現行業務流程，實現灌區管理單位以及下屬各單位間辦公信息互聯互通、資源共享、協同辦公，全面提高工作效率。具體包括針對公文、人事、財務、檔案等的內部公文及政務管理；針對公務用車、能效、會議、工會、黨風廉政教育等的綜合事務管理；針對個人流程化辦公與審核的個人辦公管理；針對公眾信息瀏覽、公示的公共信息管理。

2.5 灌區工程全生命周期管理

系統實現對灌區工程建設期和運維期的信息化管理，通過WEB端應用和移動端應用相結合的方式，幫助灌區管理人員及時了解現場工況和突發事件，快速定位問題位置，保障灌區工程安全建設及安全運行。

2.5.1 工程建設管理子系統

1)施工期“一張圖”展示：

在工程施工期，采用高分辨率衛星遙感影像和高精度地形數據制作區域的大范圍三維場景。施工期一張圖可以實現工程從整體到局部、從庫區到渠道的全方位立體式交互漫游，在三維場景中設置導航器，實現漫游、地圖導航等的功能。

2)施工進度管理：

進度管理模塊提供編制項目總進度計劃、年進度計劃、季度進度計劃、月進度計劃的功能，并以橫道圖等直觀的方式，形象化的展示進度計劃與實際完成工程進度，使項目管理者及時掌握工程建設完成的情況，實現工程進度的實時控制與管理。

3)施工質量管理：

系統對本項目中單元工程、分部工程、單位工程逐級進行質量驗收情況和質量消缺情況管控，使施工管理人員對該項目各標段的質量完成情況有直觀了解，從而實現對項目整體施工質量的控制與管理，在宏觀上保障工程整體質量的達標。

4)施工安全管理：

安全管理工程協助建設單位、施工單位、監理單位建立健全安全管理體系，確保安全責任落實到部門和個人。在系統中可制定和下發安全管理計劃，相關管理人員可以錄入并檢查安全措施執行情況。

5)施工物料管理：

系統對工程建設物料在流轉過程中的各個環節進行全方位信息化管理，建立物料臺帳，記錄材料出入庫的情況，實現對材料驗收、入庫、出庫、使用的全過程進行跟蹤管理和統計分析。

6)施工檔案管理：

檔案管理是對工程建設過程中參建各方在不同的階段和環節產生的合同文件、技術文件等所有電子文件進行統一的、系統化的管理，并根據水利工程建設檔案管理的規范，對電子文件進行分類組織、建立索引目錄等。同時，建設期施工檔案將同運維期檔案統一建成一個全生命周期的工程檔案管理系統。

2.5.2 工程運維管理子系統

1)工程巡檢養護管理：

建設工程運行維護管理模塊，實現對灌區水庫、泵站、渠系、管道、閘門等水利工程和運維人員的管理。工程運維管理包括對工程的巡查維護、維修養護、管理考核、突發事件響應等運行維護階段的各類業務進行信息化的管理。

2)工程設備管理：

主要對設備的基本信息、資產信息、備品備件、變動記錄等進行管理。

3)工程資產管理：

建設工程資產管理模塊，實現灌區水利工程的資產采購管理、資產定位查詢、資產維護管理等。

4)工程檔案管理：

包括工程進入運維期的管理記錄及人員檔案，并按階段生成工程運維檔案，便于后期留檔保存與查看。

2.6 水量計量與水費征收系統

系統實現灌區水量、水費、用水戶等信息資源的統一管理，為灌區水量計量和水費計收工作提供輔助信息化輔助支撐。

1)水量計量管理：

系統實現河道和水庫引水量測定，便于考核各項經濟指標，做到合理用水；利用灌區量水監測系統，實現對灌區渠道主要分水節點流量的自動監測和水量的自動計量。

2)水費計收管理：

系統由基礎信息維護、水費查詢、水量統計、水費征收、結果分析、水權交易六部分組成?？蓪崿F對灌區水費計算相關的灌溉面積、定額等基礎信息的管理；實現灌區收益單位及農戶用水量和應繳水費的自動計算、水費查詢、農業供水成本核算分析；實現實收水費的維護，年終水費結算，統計分析等功能。

2.7 綜合門戶

綜合門戶提供灌區管理人員與政府相關部門訪問應用系統的統一入口，是灌區信息化管理系統內所有業務人員日常工作和交流的窗口，也是信息發布的平臺。綜合門戶將系統內所有業務和信息服務集中到一個應用平臺上，通過單點登錄，實現所有應用的入口統一，并提供個性化的業務界面和結構清晰、內容可定制的信息服務，實現各信息資源、各業務應用的集成與整合，達到信息資源的全方位共享。綜合門戶功能主要包括資源集成管理、門戶管理、系統管理、統一登陸認證、信息發布管理等。

2.8 移動應用

采用移動互聯網技術，基于Android、IOS智能終端開發移動應用系統，提取各業務應用系統部分功能進行移動端的展示和處理，為灌區管理人員和用水戶提供實時移動服務。移動應用包括業務段應用和用水戶應用，灌區管理人員可通過業務段應用隨時查看工程整體運行情況，進行水情和水量信息上報，進行移動巡檢和維修養護等工作；用水戶可通過用水戶應用實現水費查詢與在線繳付。系統通過權限控制實現用戶登錄后的功能差異化，滿足不同用戶的需求。

3 結 論

灌區運維管理業務龐雜，亟需通過建設功能集成的信息化業務應用系統，提升監測數據、業務數據、管理數據等的運用水平，滿足日常業務精細化的管理需求。信息化系統的建設首先要滿足灌區管理業務需求；還需考慮標準化建設，使續建配套工程可以方便集成接入；最后要考慮數據共享，既要接入與工程管理相關的外部數據，還要向上級管理單位和相關單位開放數據接口，實現數據的高效合理利用。