基于一体化管控的长距离调水工程运行管理系统构建

马立科

（甘肃省引洮工程建设管理局，730030，兰州）

基于一体化管控的长距离调水工程运行管理系统构建

马立科

（甘肃省引洮工程建设管理局，730030，兰州）

结合甘肃引洮供水一期工程运行管理信息化系统架构，提出了长距离调水工程一体化管控系统设计思路与原则，研究了综合管控系统体系架构并分析了长距离调水工程中水量调度优化、安全分析评估、智能化运维管理等关键技术，为后续针对大型综合性水利工程一体化管控系统的深入研究提供了工程实例。

调水工程；一体化管控；运行管理系统

甘肃省引洮供水一期工程是一项大型跨流域调水工程，工程自洮河九甸峡水利枢纽引水，由1条总长110.47 km的总干渠、3条总长146.18 km的干渠、2条总长47.02 km的城市供水专用管线与17条总长220 km的村镇供水与农业灌溉供水渠 （管）网构成，旨在解决甘肃省中部定西、兰州、白银3市所辖6个县（区）54个乡镇155万人生产生活用水和19万亩（1亩=1/15 hm2）的农田灌溉问题。

引洮供水一期工程点多线长面广，建筑物形式繁杂，受水对象时空分布不均，工程沿线地质条件复杂多变，运行调度与管护工作量大、难度高，工程采用无压输水方式，分水口众多，渠、管沿线无调蓄设施，取分水调度控制难度大。引洮供水一期工程运行管理信息化系统建设任务包括闸阀监控、水雨情测报、水力量测、水质监测及输水建筑物安全监测等多方面任务，工程运行调度具有多因素影响的特点。如果采用传统的现地手动控制或现地自动控制方式，现场所需管理人员数量庞大，渠系分水调度及操作无法同步，现场信息上传和调度决策信息回馈过程较长，无法对输水过程进行实时控制，调度运行效率低，可能产生新的运行安全问题。

如何汲取以往水利工程闸泵监控、水力量测、水雨情监测、安全监测等子系统条块分割与体系架构分散的经验教训，建设一套能够统筹考虑供需调度多方面边界条件且智能化程度相对较高的信息化系统，是实现引洮供水一期工程高效化运行管理、提高工程安全和经济效益的重大课题。

一、设计原则与设计思路

1.设计原则

结合引洮供水一期工程的特点，引洮供水一期工程运行管理信息化系统必须建立现代化的调水工程调度管理体系，广泛运用通信、计算机网络、远程测控、视频语音、信息的综合分析与管理、GIS等先进技术，紧密结合工程运行管理方案，及时、全面收集整个工程运行工况，综合分析处理相关信息，提高信息化、自动化管理技术水平，实现调水过程的自动化及供水的稳定安全，保证工程安全高效的运行，最大程度地满足用水户的需水要求，充分发挥工程的经济效益。

引洮供水一期工程运行管理信息化系统是一项结构复杂、技术难度大、功能众多、涉及面广的系统工程，在确保预期应用效果的前提下，考虑资金、科技发展以及现行管理水平等客观因素，遵循以下原则进行设计：

①统一规划。将信息化系统纳入整个工程建设与管理的架构中进行统一规划，统筹考虑闸控自动化、水情测报、安全监测、水质监测、视频图像及动力环境监控等各个专业系统的业务关联与交互。

②可靠先进。在保证实现系统业务功能的前提下，尽可能采用先进、成熟的现代信息技术，使其具有较好的先进性和较长的生命周期，保证系统的开放性和兼容性，为系统技术更新、功能升级留有余地。

③功能完善。坚持以需求为导向，根据引洮供水一期工程运行管理的实际需要，满足工程调度、运行管理、综合办公、决策支持等各项业务需求的同时，突出重点建设内容。

④统一开放。在标准体系支持下，为系统功能扩展和适应工程运行后期的需求发展奠定基础。为引洮供水二期供水工程运行管理预留接口和容量，为各市县负责分级管理的一期工程配套工程预留接口和容量。

2.设计思路

信息自动化系统的建设水平与质量直接关系整个引水工程自动化与信息化的预期效果。传统的长距离调水工程运行管理主要依托计算机监控系统和水情、安全监测自动化系统，其中计算机监控系统负责采集、控制和存储沿线各闸门的运行信息，水情和安全监测系统则反馈水量及工程建筑物的工情信息，结合各专业运行数据信息，发挥调度决策支持功能，相应的运行人员仅关注闸门运行和水位、流量信息，侧重于工程安全控制运行，对水资源的合理分配利用考虑不足，而水量调度人员更侧重于用水需求计划编制，考虑有限的边界条件，而对实际运行工情特性并未能充分考虑。

引洮供水一期工程综合管理信息化系统项目的设计原则是要改变传统调水工程运行管理系统专业分散的模式，进一步加强各模块之间的协同优化机制，打破传统各专业建设的条块分割现状，研究公共的信息模型、标准通信、全景数据展示及业务集成管控等关键技术，构建统一的一体化管控平台。其次则是基于统一平台，开发部署水量调度供需平衡的动态耦合机制，通过分类用户水量运行数据的积累、调度管理制度的完善、建筑物运行状态判别数据的形成，进一步完善水量调度、工程运行安全应用模型体系，在此基础上开发全面的业务应用系统，为实现水量调度及安全运行等业务流程之间的交互提供支持，最终构建适应引洮供水一期工程实际业务流程的运行调度管理体系。

二、总体架构设计

一体化管控平台是一种以水利公共模型、标准通信总线为基础，以统一的数据资源管理、应用支撑服务和业务应用系统为主体，面向服务的体系架构。该平台代替传统调水工程信息化系统中孤立异构的计算机监控系统、水情测报系统、工程安全监测系统、水质监测系统等，为调水工程提供同构的信息化系统软件平台，解决传统调水工程自动化系统中条块分割，子系统接口繁多、集成难度大，部分设备重复投资，建设成本高，各子系统间信息共享程度低，整体运行效率偏低，系统信息综合性及深度挖掘应用少，系统繁杂，对运行维护人员要求高，难度大等各种工程建设、运行、管理中的实际问题和弊端。通过工程总体数据的综合应用实现全景业务数据监视，依托全面的基础服务和应用实现不同业务之间的友好互动，通过基于一体化管控平台架构基础上的各类业务应用，实现一套系统满足下属各个科室业务流程的使用。

引洮供水一期工程的运行管理信息化系统按一体化管控平台架构，在逻辑构成上，包括应用层、应用支撑层、数据层（包括统一数据资源管理平台、数据采集及交换平台），另外加上基础测控系统、基础支撑系统（包括计算机网络系统、通信系统、电源系统）、安全运行体系、标准规范体系、建设运行维护管理体系、系统实体运行环境等组成完整的一体化管控系统，系统总体框架如图1所示。

引洮供水一期工程采用的一体化管控平台融合了传统的计算机监控、水情测报、工程监测系统等测控自动化系统的所有应用功能，并在此平台上实现全景WEB发布工程分析评估等各类信息应用及专业应用。

对该平台而言，计算机监控、水情测报、工程监测等只是数据类型、应用功能不同的应用业务模块，不再是传统自动化系统中各自独立的系统，不再采用各自独立的软件平台。各个业务功能模块既可在同一计算机上实现，也可分布在不同的计算机上。采用一体化平台能最大程度提高数据共享，减少运行维护人员的工作量。通过一体化管控平台的构建，为运行管理提供了统一的运行支撑平台，一方面，运行调度值班人员可通过一体化管控平台全面掌握工程全线的闸控、水情、安全监测及各类工情信息，为优化调度和水量控制提供全面、准确的决策支持信息。另一方面，避免了工程信息化系统重复开发各类基础应用服务及可视化界面，大幅度降低了信息化系统构建的难度，并可重点考虑各类智能化应用功能组件的开发部署，以及各专业系统间交互的协调机制，使构建复杂调水工程的经济运行系统变为可能。

三、工程应用分析

一体化管控平台对信息化系统各类信息（数据）进行规范、整合，对各类业务应用进行统一化管理，可实现闸门监控系统、水情测报系统、工程安全监测系统、动力环境监控等业务数据的统一采集与交互，实现各业务数据的统一存储、备份与维护管理，实现在一个平台上多种业务的统一应用，使系统的资料数据更好地实现共享和综合应用，避免信息资源的浪费，有效减少了运行维护人员投入。

1.采用一体化管控平台架构，可避免重复投资

传统水利工程自动化系统的测控、水情、安全监测、水质等子系统独立建设，通信网络、调度中心（分中心）平台软硬件均需分别配置，采用一体化管控平台架构后，上述各子系统可一次建设，调度中心（分中心）使用统一的软硬件平台，避免了计算机、服务器等设备的重复配置，大大减少了工程投资。

2.降低运行管理人员劳动强度，提高工作效率

原有的水利工程自动化系统中各子系统相互独立，各系统之间的数据无法得到有效交互共享，难以实现不同系统间联动操作，不利于统计分析整个系统的数据关系，运行管理人员不得不奔波于不同的子系统间，完成监控操作，劳动强度大，容易引起疲劳操作。采用综合管控系统后，少到一个工作站即可掌控全部子系统，操作简便，不同子系统的数据信息完全整合于一体，便于信息共享与交互，使不同系统间的联运操作更为简便高效。管理人员不必在不同的子系统（监视终端）间来回奔波，降低了劳动强度。而大部分繁琐的联动操作，如故障现场的视频画面切换确认都能够由系统联动预案系统自动完成。

3.有助于降低运行维护成本，提高工程效益

得益于综合管控系统的统一平台，在面对需要支持新的系统，或底层硬件设备出现变更或增加新系统时，可以在较短的周期内，方便快捷地完成对新设备或新系统的接入。此外，由于统一平台的技术，调度中心（各分中心）各子系统使用统一的软硬件平台，减少软硬件配置，大大降低了软硬件的维护成本。配置移动巡检功能提高了工程巡检管理的便捷性和工程效益。

4.有助于提高水利工程运行管理水平及工程安全性

通过部署水量调度、工程安全分析与评估、事故应急响应、移动巡检等多个高级应用功能及决策支持系统，有助于提高工程运行管理水平，减少能耗，增加经济效益；提高防洪抗旱能力，提升工程安全运行水平，保证人民群众生命财产安全；有助于节能减排，符合环保需要。

四、结 语

甘肃省引洮供水一期工程已进入运行阶段。本次信息化系统方案的实施只是信息化建设的开始，在工程后期运行管理的实践总结中还需不断地改进和完善，建立一整套完整的、满足实际需求的、能够可靠高效运行的工程运行管理信息化系统才是最终目标。

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[6]孙建平，等．南水北调工程建设与运行管理信息化初探[J]．南水北调与水利科技，2005（3）．

[7]陈进，等．跨流域长距离调水工程的风险及对策[J]．中国水利，2006（14）．

Construction of operation and management system for long distance water transfer by integrated control measures//

Ma Like

According to framework of information management system for the first stage of Water Transfer Project from Taohe River in Gansu Province,design principles are raised concerning operation and management system for long distance water transfer with integrated control measures.Studies have been made on framework of integrated operation and management system,as well as key technologies for optimization of water dispatch,safety evaluation and assessment,intelligent-based operation and maintenance management through long distance water transfer,which lays a foundation for in-depth study on integrated control of large water projects in the future.

water transfer project;integrated management and control;operation and management system

TV51

B

1000-1123（2017）12-0027-03

2017-04-24

马立科，高级工程师。

责任编辑 杨 轶