三洲田水库信息化智慧水务系统建设架构及实施方案研究

曹彬彬

(深圳市龙岗河坪山河流域管理中心，广东 深圳 518000)

1 水库信息化现状及问题

1.1 监控点及网络覆盖范围有限

三洲田水库现有模拟监控点共60多个，主要分布在山下老管理处、电站、山上办公区及大坝周围，远未达到对整个水资源保护区无死角监控的要求；且建设前期仅对1#～5#坝敷设了12芯光纤，未能对其他重点区域实现有效网络覆盖。

1.2 应用系统无法有效集成

水库已建立三洲田地理信息化平台，主要汇集内容有大坝安全监测信息系统、水雨情信息系统、视频监控信息系统、OA日常办公系统、水库供水信息采集系统、水库电站信息系统、闸门监控系统、洪水预报系统、地图监控系统等，但以上系统相互独立，未能有效集成且功能单一，仅限于信息数据的采集、存储及简单整编，无法对数据进行深入挖掘、分析和处理。

1.3 水政执法巡检效率偏低

水库目前没有三防值班系统，仍采用传统人工方式进行值班，工作效率和管理水平偏低。库区的巡查主要通过人工巡检方式进行，巡查人员数量有限，其巡查工作无法得到有效监管。

1.4 水质监测及水资源保护能力待提升

三洲田水库尚无水质监测设备，水库水质主要依靠人工每月取样监测，且入库支流上游受东部华侨城开发建设影响，水质污染日益严重。因此需对入库水质、水量开展实时在线监测，为防控污水入库提供决策依据。

2 智慧水务系统建设架构

2.1 建设思路

三洲田水库信息化智慧水务系统建设主要依托物联网技术、网络通信技术、视频图像多媒体技术、信息自动采集技术、数据库管理技术、信息集成技术及计算机软件技术等[1]，按照国家水文数据建设标准、防汛抗旱指挥系统数据建设标准，整合水库及附近周边区域所有水利信息化资源，有效实现三洲田水库的水务信息和三防信息的日常管理、科学分析、综合评价和统一调度。

智慧水务建设体系主要包括视频监控、资料管理、大坝实时安全分析评价、三防值班、日常办公、闸阀自动化控制、水源水质在线监测、移动巡检、移动终端管理等应用及水库综合信息化平台的搭建和开发；同时包括基础信息传输网络和系统运行环境两项基础设施建设。通过实施上述建设，可提高三洲田水库信息化、规范化管理及服务水平。

2.2 建设架构

三洲田水库智慧水务系统将遵循相关标准和规范，并在安全体系的保护下，以数据中心和网络通信环境的相关建设内容为支撑，通过自动采集、人工录入、数据交换所得到的数据存入水务相关数据库作为数据层；利用GIS软件、数据库软件等作为基础平台，通过开发水库综合信息管理平台、决策支持系统、移动应用系统等，对管理人员和其他相关人员提供数据查询、系统服务等[2]。建设总体架构如图1，系统划分情况如图2。

图1 智慧水务系统总体架构

图2 项目系统划分情况

3 智慧水务系统实施方案

基于上述建设任务和架构，三洲田水库智慧水务系统实施方案主要内容如下。

3.1 建设覆盖全库的光纤通信网络

由于三洲田水库仅在办公区和大坝周边接入了光纤，环库周边及库尾、入水口处等均无网络覆盖。为实现整个库区的安全监控，必须建设覆盖全库的光纤通信网络和电源供应，从而保证数据的有效传输。光纤通信网络建设包括光纤网络和设备电源供应。根据三洲田水库地形特点，拟建光纤沿库区敷设，并采用24芯单模室外埋地铠装电缆，外加保护管的直埋方式，全长共11 km。光纤每隔300 m设置一个检修井，以便日常维护。电源则考虑在三洲田水库5个坝的闸室取电。

3.2 建设水质水量在线监测系统

三洲田水库在入水口(共6处)分别建立一套水质在线监测系统(分布如图3)，通过监测常规水质参数和氨氮、总磷等代表性参数，将采集、分析后的数据传输至水质预警预报系统进行辅助决策，以保证库区水质安全。同时，可在有条件的地方建设量水堰，并加装流量监测设备，通过与水质在线监测系统相结合，得知受污染水体的入库水量，根据水量大小来判断水体受污染程度[3]。

图3 拟建在线水质监测站分布位置

3.3 建设覆盖全库的安防监控系统

光纤网络通信建成后，可在库区重要节点安装视频监控摄像头，采用室外防水带红外可旋转云台高清摄像机和红外热成像监控摄像机，实现全库区无死角监控。全库共计安装摄像机39个(分布点位如图4)。在布置环库视频监控系统基础上，同步对三洲田电站、三洲田管理处、三洲田一期、宿舍等子系统(共21台球机、3台枪机、16台云台和9个半球等)全部升级为红外高清摄像机。同时，在库区外围网安装一套周界报警系统，该系统可以24 h不间断防范外界非法入侵，避免水库围网遭到暴力破坏。

图4 拟建水库监控系统分布

3.4 建设三洲田水库自动监测气象站

自动监测气象站的建设可为水库防洪调度、水资源优化配置等模型提供实时水文气象参数。根据水库应用系统的建模要求，水库气象站的测定参数包括大气温度、大气湿度、风向、风速、降雨量、蒸发量、地表温度、土壤浅层湿度(5 m)、土壤中层湿度(10 m)、太阳辐射(日照)、大气压强、露点等。观测场拟选定在3#坝～2#坝方向的方形空地上，其东西方向长16 m，南北方向长20 m。

3.5 建设大坝位移自动监测系统

三洲田水库大坝的位移观测频次及人工录入方式无法达到信息化建设要求。通过对大坝位移实施自动化观测，可实现位移观测数据的连续性、动态性，从而为大坝安全评价提供数据支撑[4]。根据现状水库大坝位移监测点的布置，1#～4#坝设置了6个坝体表面变形观测点，以及24个坝体变形观测墩。本次建设拟将上述坝体变形观测点进行升级，实现大坝位移的自动观测和数据的快速传输、存储、整编等。

3.6 建设开发三防值班系统

为了加强三洲田水库的日常值班管理及水库的应急反应能力，解决当前三洲田水库日常监测管理和人员管理方面的弊端，亟须建立一套高效的三防值班管理系统。该系统主要是对水库的日常工作及值班情况进行现代化管理，其主要功能为预警信息接收、值班考勤、值班通知、信息反馈、领导管控、流程监督、值班电子化日志、预警、信息发布、值班人员通讯录及预案管理等。

3.7 建设大坝安全分析评价系统

目前三洲田水库大坝安全监测系统的信息相互独立，没有利用这些数据进行大坝的安全分析评价。因此，实时掌握大坝的安全状况，及时采取有效应对措施显得尤为重要。大坝安全分析评价系统是基于自动采集及人工观测的原始数据，以及历次地质勘探资料，通过构建分析评价方法及完整的数学、力学模型，依据工程等级、设计标准及相关技术规范，对大坝进行实时安全性分析评价，以得出可信度高的大坝安全等级，从而全面反映大坝的运行实况。

3.8 建立库区移动巡检系统

通过建立移动巡检系统，可保证巡检流程规范化和资料完备。巡检点布设于库区周边，并在该位置安装可联网的无线定位标签。巡检人员手持移动终端开展巡检工作，并通过GPS进行路线定位。当人员到达某一巡检点后，移动终端自动发现并搜索到附近的无线巡检定位点，通过算法计算得到终端所在的位置坐标并实时定位。此时移动终端自动从服务器读取该巡检点所需的各类报表，并自动显示于终端，以供巡检人员操作填写。填写好的数据自动上传至服务器，从而实现巡检过程的自动化和智能化。

3.9 开发水库信息化平台和决策支持系统软件

将三洲田水库目前已建成的各系统全部集成，共享数据，统一发布。管理人员可通过一站式服务，访问所有的信息化系统，真正实现所有系统无缝连接。水库综合信息平台包括实时信息的采集、接收与处理，数据的整编、入库和存储，以及信息的分析、应用与决策。

3.10 建设指挥调度中心

通过建立水库统一的三防和水务指挥调度中心，使指挥人员在一个界面了解所有信息，不仅可与上级进行防汛会商，还能根据现场情况及时提出预案和决策方案，从而保证整个指挥系统具有联动性、高效性、完整性。指挥调度中心由监控中心和数据中心两大部分组成。结合水库现状，将三洲田水库中控室作为整个信息平台的监控中心，三楼机房作为系统的数据中心，并在中控室增加一套DLP大屏幕发布系统，将建成的所有系统信息统一发布在大屏上，供视频防汛会商和综合调度指挥使用。

4 结 语

三洲田水库信息化发展缓慢，无法满足新时期“数字水务”的建设要求。为打造更加智能高效的水库管理系统，亟须开展智慧水务系统建设。本文在分析水库信息化现状问题的基础上，提出了智慧水务系统的总体建设架构，并基于建设任务，详细阐述了智慧水务系统的实施方案。实践表明，通过采用现代化的科技手段，可打造出先进的水库数字化信息平台，切实保障水库安全防汛和科学运行。