长距离引调水工程中的信息化建设问题与思考

边振荣

(甘肃省水务投资有限责任公司，甘肃 兰州 730030)

随着《全国水利信息化“十三五”规划》《加快推进新时代水利现代化的指导意见》等国家政策接连发布，我国大力推进智慧水利建设，全力驱动水利工程治理体系和治理能力现代化，传统水利行业逐步从“工程水利”发展为“智慧水利、民生水利、生态水利、水利服务”，其中水利信息化发挥着引擎和关键动力的作用。

“陇中苦瘠甲天下”，引洮河水，解陇中渴。甘肃省引洮供水工程是解决陇中地区300多万人吃水问题的“圆梦工程”，在工程完建后如何实现水资源的优化调度，发挥出工程最大效益，其工程信息化建设是当前工程管理者应该思考和面对的首要问题。

1 引洮工程信息化建设现状

1.1 引洮一期信息化

引洮供水一期工程信息化项目于 2015 年8月启动，2016 年年底建成主体功能，其信息化建设主要完成十二大系统构建。如图1所示。

图1 引洮供水一期信息化系统构建

1.2 引洮二期信息化

引洮供水二期工程信息化建设内容在引洮一期有了较大提升和改善，在其十二大系统构建的基础上增加了包括多远全景监控监测、基础监控监测、全景联合监测与控制、输水运行管理与水量计费、智能安全运行与决策支持、综合信息服务、办公OA系统、工程维护管理系统、移动应用、集成配电自动化系统10项信息管理业务应用。

1.3 引洮二期配套城乡供水工程信息化

引洮二期配套城乡供水工程，实现了以县为单位的水池、水厂、泵站、管网等供水设施的自动化监测与控制，但仍缺乏以县为单位的综合监控与调度管理。

2 信息化需求分析

2.1 业务需求

引洮工程信息化建设需求，紧紧围绕供水目标，分析工程调度特点和业务流程，系统总体需求归纳为：全程的安全运行管理、水量调度、突发应急事件响应、会商决策。

(1)水量调度功能需求。调度运行管理系统的核心任务就是将把洮河水输送至输水干线沿线的各分水口门(或用水户)。为此，工程需要水量调度的全部功能，包括：当地来水预测、用户需水统计分析、中长期调水方案的制定、实时水量调度方案的制定、水量统计和水费计算以及调度方案评估等。而对于中长期的调水方案的制定需要依靠水量分配模型，对于实时水量调度方案的制定需要水量调度模型，对于调度方案评价需要依靠调度评价模型。

(2)安全调水的功能需求。引洮工程沿线输水用建筑物众多，输水河道和建筑物的安全问题对安全输水影响较大，因此，输水河道、管道、暗渠、隧洞、阀门井、分水口门、河道上的建筑物(泵站、水闸)的安全以及冬季输水的安全是工程运行管理的重要保障，需要及时对工程运行信息进准确研判、分析、预警，保障工程的安全运行。

(3)自动化调水需求。自动化调水作为引洮供水工程的重要建设目标，工程现地站采用“无人值班，少人值守”的运行方式，分水井、泵站的远程监控、视频监视及安防监控功能是均为必备功能。

(4)应急调水。当工程发生险情、遇特大洪水、特大干旱等紧急情况或者工程出现重大事故、重大水污染等突发事件时，以及用户特殊需求时都需要进行应急调水。需要有应急响应机制，应急预案、应急处置功能、应急调度模型支持，以把损失减小到最小程度。

(5)决策会商。在运行期间，县调度中心和各水厂、泵站等各级管理机构间需相互协商确定，对各阀(泵)站的运行工况根据现场客观情况进行调整以适应各种目标要求。因此，需要建立视频会商系统，便于协商讨论，节约人力物力，提高劳动效率。同时，制定中长期调水方案和计划、各种情况下的应急响应都需要决策者们进行会商，做出最后的决策。需要有综合信息查询、会商环境、会商支持系统功能。

(6)辅助功能。由于不同区间内各用户类型、需水量、需水类型、需水时间等不尽相同，导致水量分配有多种不同的组合方案，不同的水量分配方案将对用户的满足度、工程的调度控制、调水成本、调水水价、工程安全等方面带来巨大影响，必须制定科学的水量分配模型，并以三维展示系统，模拟将要发生的情况，对水量分配方案和调度控制进行验证。

(7)综合应用需求。引洮二期配套工程对以下系统具有需求，包括“一张图”系统、三维数字化平台、综合监视与预警系统、调度运行管理系统、工程管理系统、办公自动化、门户网站及微信公众号、用水户缴费系统。

2.2 数据需求

需要建立底层数据系统，实现数据资源的标准化管理，保证数据的一致性和权威性。

(1)基础感知需求分析。基础感知是实现工程信息化监管的必备前提，因此必须构建监测类型丰富、监测手段多样、信息转输稳定、控制安全可靠的立体感控体系，为工程运行管理打好基础。本工程各标段已建成对水池、水厂、泵站、管线等相关构筑物的综合监控，包括水力量测、水质监测、工程安全信息、泵站、水厂设备的监控、视频监控等。

(2)数据整合共享需求分析。通过整合的现有数据资源，实现数据的互联互通，同时预留接口，保障与上级甘肃省水务投资有限责任公司系统的互联互通。

(3)数据流程分析：根据运行管理中心业务分析需求，需要及时提供工程供水沿线需水信息、水文气象信息、用水申请等信息。系统总体数据流程如图2所示。

图2 数据流程

2.3 性能需求

(1)可靠性。系统需要具备良好的检错能力，能够保障系统出现的故障很快的得到排除，产生的错误能及时发现或能够进行相应的处理。

(2)可维护性。能够方便地进行用户管理，提高系统质量的技术和工具进行明确的质量保证审查、改进程序的文档、开发功能时要综合考虑维护方面的工作。

(3)可用性。按照需求实现全部调度控制作业及相关作业功能，操作界面简单明了，易于操作。

(4)扩展性。能够适应未来需求的变化，方便灵活地增加新功能模块，既能保护现有投资，又能延长系统生命周期，充分发挥系统效益。

(5)先进性。采用技术领先的系统平台和框架体系。

(6)实用性。符合水利工程运行管理的特点和业务需求，操作方便简单，使系统具有很强的实用性。

(7)应用系统其它性能需求。应用系统是在已建的平台上进行扩展，必须深度融合，高度集成。

3 存在问题及难点

3.1 长距离引调水工程的复杂性

(1)工程规模大。长线路、高扬程、多级泵站、大功率机组。

(2)构筑物组成形式多。输水隧洞、渡槽、暗渠、倒虹吸、重力流管道、泵站、水闸等。

(3)供水范围广。多支线、大区域、多目标。

(4)供水水量、流量、配水调节复杂。长距离、长延时、大滞后特点。

3.2 长距离引调水调、制、配、用水复杂性

(1)供水水量、流量、配水调节复杂。长距离、长延时、大滞后特点，流态复杂。

(2)用水户需用水量不均匀。工业、农业、居民生活用水根据季节、时间段等变化大。

3.3 信息感知的不全面性

引洮工程供水线路长，建筑物数量多、类型复杂，存在感知不足的情况。

3.4 信息孤岛的局限性

引洮供水主体工程与配套的城乡供水工程属于和辖区地方政府合作实施，信息化建设管理参与部门多，存在运行管理单位不同、设计标准不统一等情况，造成部分子系统之间各自相对独立，不能互通共享数据等问题。

3.5 分阶段实施信息化系统更新不及时

引洮工程规模较大，从设计到实施周期比较长，但信息化技术更新快，日新月异，原设计投资比重小，一般情况下，设计单位做重大变更调整手续繁多，因此，针对信息化设备及技术而言，系统更新滞后3～5a。

3.6 水利大脑、调度模型的需求迫切性

由于信息感知的不足及“信息孤岛”的存在，使数据的利用率较低，不能充分发挥出数据的作用，在统一集成、统一平台的基础上，可以充分发挥出数据的力量，汇集系统内各类数据，整合系统外相关数据，从而实现梳理大脑、调度模型等多种算法。

4 建设方案与建议

4.1 建设方案

根据引洮工程现状及问题分析，从水务信息化的整体视角，以水务信息化综合体系为基础，细化并明确水务业务间的相互关系，对信息采集系统集成、通信网络建设、数据资源、数据中心以及水务业务应用系统的逻辑架构、物理架构等进行系统规约，统筹业务系统的规划与设计，保障信息资源共享。对安全保障体系进行统筹部署，确保信息系统的规范建设和安全运行。按照“统一技术标准、统一运行环境、统一安全保障、统一数据中心、统一服务门户”的要求，构建“1+1+N”的智慧水务总体架构。架构如图3所示。

图3 系统架构

4.2 基于目前现状的建议

(1)统筹考虑引洮一期、二期、二期配套信息化系统建设。引洮一期、二期、二期配套信息化系统应作为一个整体统筹考虑，避免出现数据孤岛、重复建设等工程情况。

(2)根据“横向分区、纵向分级”原则进行业务与管理的分层。系统涉及的业务应用包括综合监控、水量调度、工程管理、综合会商、办公自动化系统等各个方面，为了保障信息安全，在系统的横向结构上分为生产管理区、办公信息区和外网，即控制区、管理区与外网区。为保证控制区的信息安全，通过单向隔离设备进行联通，严格控制区间流量的信息交换，保证控制区安全。考虑工程管理、工程运行等方面各自不同的应用需求，纵向上分为综合会商层、总调中心、分调中心层、县级调度中心层、现地层。

(3)引入新技术一体化及信息化手段。积极引入测控一体化闸门等一体化设备，降低能耗，降低管理成本。积极引入等新技术，推动传统运行管理方法与新技术的有效融合，大大提高工程效益。

(4)安全措施需要加强及保障。供水工程关系民生，根据国家等级保护相关要求，按照“统一安全管理、统一安全防御、统一安全运维、统一灾备中心”的思路，开展引洮工程信息系统安全建设。

(5)加强数据治理与数据融合。通过将各子系统、各部门、各阶段等的数据从底层打通，消除和避免“数据孤岛”，更加有效的挖掘数据价值，实现更高效安全的水利信息处理能力、更科学的水利信息收集、研判分析和应急处理能力、更高水平的控制对象远程控制和调度能力、更便捷的水利业务跨部门、多层级、异地点协调能力。

(6)构建基于引调水及城乡供水的多层次水利模型。通过汇聚和治理引洮程信息化系统内外的所有相关数据，构建海量异构多元的数据资源体系，开发针对不同管理场景的应用模块，为决策者提供预警预报、应急管理与决策辅助。

5 结语

水利信息化建设是党和国家对水利行业的重要要求，做好水利信息化建设，对推进长距离引调水工程从传统手段向自动化、智能化转变、提升水利工程系统运行管理水平具有重要意义。引洮工程作为重要的引水工程，关系着上百万民众的生活质量，全面推动引洮工程的信息化建设，响应党中央、国务院号召，对甘肃省工程建设、信息化提升起着重要的作用。