數字橋墩水庫建設的探索與實踐

鄭 重，林立謹，吳欽華

（1.浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052；2.蒼南縣水利局，浙江 溫州 325800）

1 引言

橋墩水庫位于鰲江流域橫陽支江上游，壩址坐落在橋墩鎮仙堂村。水庫集雨面積138 km2，總庫容8 433萬m3，電站廠房坐落在大壩右岸，電站經隧洞引水發電，尾水流經橫陽支江，供蒼南縣城及沿江鄉鎮約43萬居民生活、生產之用，同時灌溉下游農田40萬畝。電站配有35 kV室外變電站一座，電力并入華東電網。為響應浙江省數字化改革號召，建設成現代化的數字水庫，以水庫安全健康運行為總牽引，以一體化數據平臺為關鍵支撐，以數字化轉型為方向，結合橋墩水庫特性和管理需求，充分運用物聯網、云計算、大數據、人工智能、移動互聯網等現代信息科學技術，以“水庫要素數字化、水庫管理流程化、水庫調度自動化、數據交換協同化、場景應用智能化”為目標導向，結合水庫產權化、物業化、數字化“三化改革”，按照數字賦能的總體要求，通過水庫管理流程再造、業務重構、系統重塑和制度重塑，實現數字橋墩水庫預報、預警、預演、預案的“四預”安全管理。

2 建設內容

依據《浙江省水管理平臺總體方案》，數字橋墩水庫應用平臺基于“四橫四縱兩掌”總體架構進行設計，平臺架構包括“兩掌”和“四橫四縱”。“兩掌”分別是“浙里辦”群眾企業掌上辦事和“浙政釘”機關干部掌上辦公兩個入口。“四橫”分別是基礎設施體系、數據資源體系、應用支撐體系、業務應用體系。“四縱”分別是政策制度體系、標準規范體系、組織保障體系、網絡安全體系。

2.1 基礎設施體系

在基礎設施方面，近年來橋墩水庫陸續建有水電站計算機監控系統、流量監控系統、水雨情監控系統、閘門自動控制系統、大壩安全檢測系統，視頻監控系統、監控室改造、服務器上云、可視化大屏建設等，這些基礎設施的建設為數字橋墩水庫建設提供了重要的基礎支撐，同時通過數字水庫建設，這些多元異構設備、網絡、數據經過融合，形成了數據互聯共用的基礎設施體系。

2.2 數據資源

綜合數據庫統一管理所有數據，為應用軟件提供數據服務。數據庫從邏輯上劃分為基礎數據庫、業務數據庫、主題數據庫、空間地理數據庫、交換數據庫、元數據庫。其中，基礎庫用于存儲變動不頻繁的、公用程度高的水利對象的基礎信息，如水利工程、監測站點、功能區等對象的基礎屬性數據，包括名錄、特征值、基本信息等；業務庫用于存儲隨時間變化會產生增量的監測數據、業務數據等，如水雨情等實時監測數據，巡查記錄、運行臺賬等業務數據；主題庫用于存儲通過面向某一主題，可跨業務領域定時作業計算的數據分析成果，如統計水位與雨量、統計巡查率、統計取水量等；空間庫用于存儲各類水利對象的空間位置數據；交換庫用于存儲與外部數據源交換的臨時數據，包括數據倉向外部共享的數據和從外部歸集的數據；元數據庫用于存儲數據資源目錄及其數據的變更記錄等。

2.3 應用支撐體系

數字橋墩水庫應用支撐體系包括智能算法支撐和公共應用支撐，其中智能算法支撐重點在水庫安全監測、洪水預報、AI視頻識別、調度決策；公共應用支撐包括地理信息共享和共享日志等。

安全監測包括過程線分析、分布圖分析、相關性分析、特征值分析、模型分析和安全評價，將日常巡查成果與安全監測數據結合。過程線分析指對各個測點數據變化過程線統一查看，查看各個測點變化率是否大致一致；分布圖分析指通過將平面布置、剖面布置的不同測點測值連線、畫沉降等值圈等方式，直觀反應壩體位移沉降、浸潤線的變化情況。同時可選擇歷史同期、同一水位、不同水位或高水位情況下各條線的變化情況；相關性分析指各測點通過與水位環境量的相關性，生成相關性分析圖，計算出相關系數和相關常數；特征值分析指生成各個測點的特征值，包括最大值及時間、最小值及時間、平均值、變幅等，實現水庫大壩安全狀態研判。洪水預報根據定時遙測的水文數據，設計洪水預報模型預報出未來一定時期內入庫洪水總量、洪峰、峰現時間、入庫洪水過程等；調度決策通過對同時刻內水庫下泄流量和區間匯流洪水流量進行疊加計算，得到橋墩水庫入庫洪水流量，結合橋墩水庫庫容曲線和水位—下泄量曲線以及相應的調度規則，對橋墩水庫進行調洪演算，估算出庫流量水位及庫容，調洪演算依據出庫入庫水量平衡原理。AI人工智能視頻識別通過勝讀神經網絡識別視頻實現對水庫河湖安全的常態化監測，以及違法違規事件，如亂堆垃圾、漂浮物、游泳、垂釣的智能化感知分析。

2.3 業務應用體系

應用業務主要建設包括智慧大屏、智能巡檢、調度運行、應急搶險、基本信息查詢、監測信息查詢、日常維修養護和消息預警。

（1）智慧大屏

通過建設數字水庫綜合管控駕駛艙，實現水庫安全、調度運行、應急搶險等應用場景更加直觀具體，打破數據隔離，實現指標分析及決策場景落地。通過詳盡的指標體系，實時反映水庫的運行狀態，將采集的數據形象化、直觀化、具體化。如水庫安全數據大屏建設以GIS+實景三維為基礎展示，展示水庫的地理位置，大壩總體安全、預警狀態，安全及預警數量；調度運行大屏建設各個大壩安全監測點分布和狀態信息，展示大壩安全評分，安全監測設施完好率、測點預警、水位和雨量的信息；應急搶險大屏建設結合應急預案、應急組織、培訓演練、相關實測數據和歷史災害資料，實時繪制防汛防臺形勢圖，包括各類避災場所、物資、人員轉移路線等要素。實現應急搶險利用大數據的精準研判，影響范圍有多大、轉移多少群眾、什么時候轉移，轉移到哪，一目了然。

（2）智能巡檢

以水庫的全部水利監控設施建設和統一視頻匯聚建設為基礎，形成水庫可視化全景監管系統。通過將GIS地圖、水利工程數據、水雨情數據、視頻數據進行有效關聯，實現對水庫的遠程在線全景監管，以增加防臺防汛救災能力。建設內容包括：地圖二次開發、汛情關聯包括暴雨關聯、臺風關聯和水位關聯、視頻監控設備維護、運維管理實現對視頻質量評估分析，異常視頻圖像及時告警等信息；可讓工作人員實時準確地掌握設備在線率、完好率、故障率等數據，同時對于設備故障信息發送至對應的運維人員，形成自動派單流程。

（3）調度運行

水庫管理單位根據來水預測和實際水位開展調度申請，縣級收到調度指令對其進行審批；審批通過后，同時通過PC、移動端和傳真機下發調度令，實現調度在線流程化協同審批功能。具體流程如下：調度申請、調度審批、調度單下達、調度單簽收、問題處置管理、調度方案上傳、方案審批。

（4）應急搶險

當出現險情時，能夠根據險情，自動生成應急搶險方案，自動調配搶險物資和搶險隊伍，并匹配附近搶險專家，為應急搶險提供決策支持。應急管理包含應急預案、應急組織、預警管理、歷史應急事件和應急響應等信息。并實現應急培訓及演練模擬、應急指揮及應急事件全過程管理。

圖1 橋墩水庫在省運管平臺的應用界面

（5）移動查詢

通過移動端查詢工程基本數據、工程特性數據。對各類水利工程的基本信息進行管理，使得管理者時刻掌握水利工程的基本信息、安全鑒定情況、全景等信息。展示包括水庫基本信息、工程特性、安全責任人、安全管理范圍線、管理設施、標識標牌、圖表圖紙等。也可在移動端查看巡檢軌跡、巡檢點采集信息、工程應急預案、用戶平臺使用情況、工作完成情況等，為管理工作提供幫助。

（6）監測信息查詢

遷移平臺監測數據至移動端，通過移動端查詢工程水雨情、工情等數據。根據不同水利工程的監測需要，展示對應的水利工程監測信息。為水庫安全管理工作提供數據支撐。

（7）日常維修養護

該模塊功能包括對工程隱患處理意見及處理方式的編輯與記錄；對處理意見的審批與記錄；維修養護任務分發情況的操作與記錄；維修養護時間、維修養護成果資料的上傳保存；以及維修養護成果的審核功能。

（8）預警消息

通過移動端可群發消息，在移動端進行信息群發，選擇接收人員，提醒方式，輸入需要群發的消息文字后即可以短信等方式進行消息的推送。預警的消息主要包括：水位預警，根據各部門采集的水位信息，進行分析，設定預警閥值，當某一河道的水位超過預定閥值時，系統進行預警；放水預警，當水庫進行放水時，可以通過移動端進行放水預警信息發布，民眾在公眾號可以接收相關放水預警。

3 數字橋墩水庫應用實踐

通過近幾年的運用實踐，數字橋墩水庫平臺在日常防洪工作中發揮了較大作用，在預報方面融合了水雨情、臺風、氣象等數據，在預警方面有預警消息中心、在預演方面有標準化的預演流程，在預案方案預案格式化模塊，能夠標準化流程化開展預案推進。

4 結論

數字橋墩水庫項目建設后，將物聯感知融入水庫日常管理中，增強水庫日常管理的監管，保障工程安全，保障人民財產安全，通過建設實現橋墩水庫數字化管理的新突破，利用現代化、智能化手段實現橋墩水庫現場可感、可視、可控、可分析，實現水庫洪水預報、預警、預演、預案的“四預”安全管理，充分提升橋墩水庫水害災害防御能力和應急搶險聯動能力，保障工程運行安全，避免工程事故和人民生命財產損失。同時數字橋墩水庫在四預和三維可視化技術結合方面還有所欠缺，也是我們下一步的工作重點。