田 力

(河南省白龜山水庫(kù)管理局，河南 平頂山 467031)

1 工程概況

白龜山水庫(kù)位于淮河流域沙潁河水系沙河干流上，壩址位于河南省平頂山市西南郊，距市中心9km，水庫(kù)流域多年平均降雨量為900mm，多年平均徑流量為4.03億m3。水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位為106.19m，興利水位為103.00m，總庫(kù)容為9.22億m3，興利庫(kù)容為2.36億m3，是一座以防洪為主，集城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉為一體的大(2)型綜合利用水利樞紐工程。

水庫(kù)樞紐主要建筑物有攔河壩、順河壩、泄洪閘和南、北干渠渠首閘。其中，攔河壩(主壩)為均質(zhì)土壩，壩長(zhǎng)1545m，最大壩高24m，壩頂寬7m；順河壩(副壩)壩長(zhǎng)18016m，最大壩高16.26m，壩頂寬6m；泄洪閘設(shè)7孔11m×10m弧形鋼閘門，最大泄流量為7105m3/s；北干渠渠首閘設(shè)3孔5.0m×3.5m弧形鋼閘門，設(shè)計(jì)灌溉引水流量為120m3/s，并配合泄洪閘加入泄洪流量200m3/s；南干渠渠首閘設(shè)2孔2m×3m平板鋼閘門，設(shè)計(jì)灌溉引水流量為35m3/s，加大引水流量50m3/s。

白龜山水庫(kù)自建成以來(lái)，在淮河流域防洪減災(zāi)方面發(fā)揮了重要作用，確保了下游平頂山、漯河、周口等重要城市的安全，并為平頂山市提供了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市和生態(tài)用水，對(duì)平頂山市的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要作用。

2 水庫(kù)信息化建設(shè)存在問題

白龜山水庫(kù)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，水庫(kù)信息化程度落后，已不能滿足水庫(kù)現(xiàn)代化管理的需要，直接影響管理的效率和效果，當(dāng)前主要存在以下問題：

a.基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)設(shè)施不完備。水庫(kù)已建有水雨情、大壩安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等監(jiān)測(cè)設(shè)施，但監(jiān)測(cè)設(shè)施覆蓋面不廣，數(shù)量有限，未形成一體化的自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，不能適應(yīng)具有較高業(yè)務(wù)需求的信息化系統(tǒng)要求，不能滿足水庫(kù)管理工作精細(xì)化需要。

b.缺乏統(tǒng)一信息管理平臺(tái)。水庫(kù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容多，日常工作繁雜、涉及信息面廣、各類信息分布零散，缺乏統(tǒng)一的集成應(yīng)用平臺(tái)，迫切需要建立一個(gè)統(tǒng)一、綜合、高效的集收集、處理、查詢、發(fā)布、可視化展示于一體的服務(wù)平臺(tái)，提高水庫(kù)綜合信息的科學(xué)性、規(guī)范化管理能力。

c.缺乏信息資源共享與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。白龜山水庫(kù)現(xiàn)有的各種信息采集基礎(chǔ)設(shè)施分散，各基礎(chǔ)數(shù)據(jù)未能充分共享與利用，且缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，前期建設(shè)只著重于眼前需要，對(duì)于系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化考慮不足，導(dǎo)致系統(tǒng)生命周期短，后期系統(tǒng)集成擴(kuò)展不便，信息化建設(shè)的投資效益低。

d.智慧型應(yīng)用基礎(chǔ)薄弱。水庫(kù)日常管理中所需的信息查詢、工程監(jiān)控、洪水預(yù)報(bào)、日常辦公等業(yè)務(wù)應(yīng)用技術(shù)落后，且各自獨(dú)立開發(fā)，相互間數(shù)據(jù)不共享，未建立業(yè)務(wù)應(yīng)用統(tǒng)一平臺(tái)，且各業(yè)務(wù)應(yīng)用未與新技術(shù)充分融合，難以滿足新時(shí)期網(wǎng)絡(luò)化管理的需要。目前，移動(dòng)辦公等多元化智能辦公手段已經(jīng)成為水利信息化的發(fā)展趨勢(shì)，而白龜山水庫(kù)目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)水庫(kù)管理人員的移動(dòng)化辦公和文件在線交互流轉(zhuǎn)，辦公效率低下。

3 系統(tǒng)構(gòu)建與預(yù)期應(yīng)用效果

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備，按照相關(guān)事先約定將萬(wàn)物與網(wǎng)絡(luò)相連，開展數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和控制，提供實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追蹤、調(diào)度指揮、遠(yuǎn)程控制、決策支持、預(yù)警預(yù)報(bào)等綜合管理功能，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！狈矫娴摹肮?、控、營(yíng)”一體化[1-2]。

物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)包括感知層、傳輸層以及應(yīng)用層3層架構(gòu)體系，感知層主要負(fù)責(zé)識(shí)別物體和采集信息，傳輸層主要負(fù)責(zé)信息傳遞和處理，應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)融合、分析決策和應(yīng)用服務(wù)[3-4]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要涉及傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、智能技術(shù)以及納米技術(shù)等五大關(guān)鍵技術(shù)，由RFID、傳感網(wǎng)、M2M和兩化融合四大支撐技術(shù)與業(yè)務(wù)群組成，已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)工程、電網(wǎng)工程、路網(wǎng)工程、建筑工程等領(lǐng)域[5-8]。物聯(lián)網(wǎng)體系及支撐技術(shù)架構(gòu)見圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)體系及支撐技術(shù)架構(gòu)

3.2 系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)水庫(kù)建設(shè)現(xiàn)狀，為提高水庫(kù)整體管理效率與能力，需將水庫(kù)信息化服務(wù)于水庫(kù)日常辦公、防汛調(diào)度、供水、灌溉及建設(shè)與管理等各業(yè)務(wù)要求中，建設(shè)與水庫(kù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合業(yè)務(wù)信息化管理系統(tǒng)，用水庫(kù)信息化手段實(shí)現(xiàn)水庫(kù)管理精細(xì)化[9-11]。因此，根據(jù)以上要求，白龜山水庫(kù)綜合信息化管理系統(tǒng)主要包括以下子系統(tǒng)：水庫(kù)綜合辦公管理系統(tǒng)(電子政務(wù)管理系統(tǒng))、水庫(kù)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水庫(kù)調(diào)度決策支持系統(tǒng)、供水及灌溉用水管理系統(tǒng)、精細(xì)化管理系統(tǒng)(水庫(kù)三維仿真系統(tǒng))和數(shù)據(jù)信息顯示系統(tǒng)。

水庫(kù)綜合辦公管理系統(tǒng)(電子政務(wù)管理系統(tǒng))：主要包含個(gè)人事務(wù)、知識(shí)管理、人力資源、工作流程、文檔管理以及會(huì)議管理六大工作板塊，通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工作流程簡(jiǎn)化、辦公透明和各部門之間的相互監(jiān)督，可極大地提升工作效率和服務(wù)能力。

水庫(kù)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：水庫(kù)安全監(jiān)測(cè)主要針對(duì)壩體安全開展相關(guān)工作，通過(guò)埋設(shè)在壩體不同位置處的監(jiān)測(cè)儀器并設(shè)置合理的觀測(cè)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壩體變形、滲透壓力等的實(shí)時(shí)掌握，了解和評(píng)估水庫(kù)的運(yùn)行狀況。其主要工作流程為通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)儀器采集到的數(shù)據(jù)、圖像傳輸?shù)焦こ贪踩O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理中心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，并評(píng)估工程安全狀況，然后將評(píng)估結(jié)果反饋給工程管理部門和防汛調(diào)度中心，及時(shí)完成水庫(kù)大壩的除險(xiǎn)加固，保證大壩安全度汛，工作流程見圖2。

圖2 水庫(kù)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程

水庫(kù)調(diào)度決策支持系統(tǒng)：通過(guò)了解水庫(kù)流域內(nèi)的降雨信息數(shù)據(jù)，并根據(jù)洪水預(yù)報(bào)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)流域水情的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，為水庫(kù)的洪水調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)和信息支持。其工作流程為：首先將分散在水庫(kù)流域各地的雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并傳輸?shù)剿昵閿?shù)據(jù)處理中心，通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理，進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)模型分析，并將模型結(jié)果傳到防汛調(diào)度中心，由防汛調(diào)度中心最終決定是否需要進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度，工作流程見圖3。

圖3 水庫(kù)調(diào)度決策支持系統(tǒng)工作流程

供水及灌溉用水管理系統(tǒng)：白龜山水庫(kù)還承擔(dān)著城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉等重要任務(wù)，為了實(shí)現(xiàn)信息化、科學(xué)化、節(jié)約化、增效化的用水調(diào)度目的，需要單獨(dú)建立供水及灌溉用水管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含供水量預(yù)測(cè)、用水量模擬、灌區(qū)配水計(jì)劃以及水費(fèi)征收四大功能模塊，通過(guò)不同功能模塊之間的相互協(xié)作可以實(shí)現(xiàn)水庫(kù)供水及灌溉用水的智能化管理，各模塊工作流程見圖4。

圖4 供水及灌溉用水管理系統(tǒng)工作流程

精細(xì)化管理系統(tǒng)(水庫(kù)三維仿真系統(tǒng))：白龜山水庫(kù)庫(kù)區(qū)范圍較廣，為了全面真實(shí)地再現(xiàn)庫(kù)區(qū)環(huán)境，提高水庫(kù)管理水平，因此建設(shè)水庫(kù)虛擬現(xiàn)實(shí)三維仿真系統(tǒng)。以白龜山水庫(kù)數(shù)字高程模型和高分辨率遙感影像為基礎(chǔ)，采用三維地理信息系統(tǒng)、多維和多種數(shù)據(jù)融合技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，對(duì)白龜山水庫(kù)地理信息、水庫(kù)工程信息、運(yùn)行管理信息及監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行數(shù)字化處理。建立白龜山水庫(kù)三維可視化平臺(tái)，以三維交互方式展示水庫(kù)地形地貌、水工建筑物結(jié)構(gòu)、水庫(kù)管理區(qū)及上、下游河道自然景觀等，進(jìn)行高分辨率的三維可視化瀏覽、查詢、分析與模擬，實(shí)現(xiàn)三維虛擬環(huán)境下的水庫(kù)流域三維可視化仿真、河道洪水演進(jìn)、水庫(kù)庫(kù)容實(shí)時(shí)計(jì)算、水庫(kù)下游河道洪水演進(jìn)與淹沒分析、工程監(jiān)測(cè)信息查詢、工程運(yùn)行數(shù)據(jù)管理、工程CAD圖檔管理等工程防洪及運(yùn)行管理工作的數(shù)字化管理，提高工程防洪調(diào)度和運(yùn)行管理的綜合自動(dòng)化水平，見圖5。

圖5 水庫(kù)三維仿真系統(tǒng)

數(shù)據(jù)信息顯示系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要是對(duì)水庫(kù)流域不同監(jiān)測(cè)斷面處的流域降雨量、斷面水位、流量、水閘的開度以及預(yù)警信息等實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線顯示和查詢，可以為各級(jí)管理部門提供可視化服務(wù)，管理人員可通過(guò)手機(jī)、平板電腦及其他移動(dòng)APP等在線查看，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公和便捷辦公[12]。

3.3 系統(tǒng)預(yù)期應(yīng)用效果

a.實(shí)現(xiàn)水庫(kù)各種數(shù)據(jù)資源的共建共享。綜合信息化管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為中心，在開發(fā)信息資源的基礎(chǔ)上，匯集積累數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)信息資源的集中管理、安全規(guī)范、充分共享和全面服務(wù)；該系統(tǒng)強(qiáng)化信息化分類標(biāo)準(zhǔn)，在完善數(shù)據(jù)交換體系基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的唯一性與共享性，確?；A(chǔ)信息的權(quán)威性；通過(guò)建立統(tǒng)一的安全體系，保證數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的訪問安全；以統(tǒng)一的信息管理模式及統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，能夠迅速地實(shí)施部署各種IT系統(tǒng)，提升管理能力。

b.提高水庫(kù)整體管理效率與能力。將水庫(kù)信息化服務(wù)于水庫(kù)日常辦公、防汛調(diào)度、供水、灌溉及建設(shè)與管理等各業(yè)務(wù)要求中，建設(shè)與水庫(kù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合業(yè)務(wù)信息化管理系統(tǒng)，用水庫(kù)信息化手段實(shí)現(xiàn)水庫(kù)管理精細(xì)化，可大大節(jié)省工作流程，提高水庫(kù)管理效率和能力。

c.實(shí)現(xiàn)水庫(kù)各業(yè)務(wù)應(yīng)用的集約建設(shè)。充分考慮技術(shù)平臺(tái)的共享利用，堅(jiān)持平臺(tái)公用，接口開放，堅(jiān)持統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一運(yùn)行環(huán)境、統(tǒng)一開發(fā)接口的原則，既有利于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通，又能降低建設(shè)和運(yùn)行成本，為水庫(kù)防汛抗旱、水庫(kù)調(diào)度、工程運(yùn)行管理提供技術(shù)支持，使水庫(kù)有限的水資源發(fā)揮更大的綜合效益。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文以白龜山水庫(kù)為例，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立水庫(kù)綜合信息化管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含6個(gè)子系統(tǒng)，通過(guò)綜合信息化管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)水庫(kù)各種數(shù)據(jù)資源的共建共享，提高水庫(kù)整體管理效率與能力，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)各業(yè)務(wù)應(yīng)用的集約建設(shè)，相關(guān)理論和技術(shù)可為類似水庫(kù)工程信息化管理系統(tǒng)建立與應(yīng)用提供參考。