数字桥墩水库建设的探索与实践

郑 重，林立谨，吴钦华

（1.浙江禹贡信息科技有限公司，浙江 杭州 310052；2.苍南县水利局，浙江 温州 325800）

1 引言

桥墩水库位于鳌江流域横阳支江上游，坝址坐落在桥墩镇仙堂村。水库集雨面积138 km2，总库容8 433万m3，电站厂房坐落在大坝右岸，电站经隧洞引水发电，尾水流经横阳支江，供苍南县城及沿江乡镇约43万居民生活、生产之用，同时灌溉下游农田40万亩。电站配有35 kV室外变电站一座，电力并入华东电网。为响应浙江省数字化改革号召，建设成现代化的数字水库，以水库安全健康运行为总牵引，以一体化数据平台为关键支撑，以数字化转型为方向，结合桥墩水库特性和管理需求，充分运用物联网、云计算、大数据、人工智能、移动互联网等现代信息科学技术，以“水库要素数字化、水库管理流程化、水库调度自动化、数据交换协同化、场景应用智能化”为目标导向，结合水库产权化、物业化、数字化“三化改革”，按照数字赋能的总体要求，通过水库管理流程再造、业务重构、系统重塑和制度重塑，实现数字桥墩水库预报、预警、预演、预案的“四预”安全管理。

2 建设内容

依据《浙江省水管理平台总体方案》，数字桥墩水库应用平台基于“四横四纵两掌”总体架构进行设计，平台架构包括“两掌”和“四横四纵”。“两掌”分别是“浙里办”群众企业掌上办事和“浙政钉”机关干部掌上办公两个入口。“四横”分别是基础设施体系、数据资源体系、应用支撑体系、业务应用体系。“四纵”分别是政策制度体系、标准规范体系、组织保障体系、网络安全体系。

2.1 基础设施体系

在基础设施方面，近年来桥墩水库陆续建有水电站计算机监控系统、流量监控系统、水雨情监控系统、闸门自动控制系统、大坝安全检测系统，视频监控系统、监控室改造、服务器上云、可视化大屏建设等，这些基础设施的建设为数字桥墩水库建设提供了重要的基础支撑，同时通过数字水库建设，这些多元异构设备、网络、数据经过融合，形成了数据互联共用的基础设施体系。

2.2 数据资源

综合数据库统一管理所有数据，为应用软件提供数据服务。数据库从逻辑上划分为基础数据库、业务数据库、主题数据库、空间地理数据库、交换数据库、元数据库。其中，基础库用于存储变动不频繁的、公用程度高的水利对象的基础信息，如水利工程、监测站点、功能区等对象的基础属性数据，包括名录、特征值、基本信息等；业务库用于存储随时间变化会产生增量的监测数据、业务数据等，如水雨情等实时监测数据，巡查记录、运行台账等业务数据；主题库用于存储通过面向某一主题，可跨业务领域定时作业计算的数据分析成果，如统计水位与雨量、统计巡查率、统计取水量等；空间库用于存储各类水利对象的空间位置数据；交换库用于存储与外部数据源交换的临时数据，包括数据仓向外部共享的数据和从外部归集的数据；元数据库用于存储数据资源目录及其数据的变更记录等。

2.3 应用支撑体系

数字桥墩水库应用支撑体系包括智能算法支撑和公共应用支撑，其中智能算法支撑重点在水库安全监测、洪水预报、AI视频识别、调度决策；公共应用支撑包括地理信息共享和共享日志等。

安全监测包括过程线分析、分布图分析、相关性分析、特征值分析、模型分析和安全评价，将日常巡查成果与安全监测数据结合。过程线分析指对各个测点数据变化过程线统一查看，查看各个测点变化率是否大致一致；分布图分析指通过将平面布置、剖面布置的不同测点测值连线、画沉降等值圈等方式，直观反应坝体位移沉降、浸润线的变化情况。同时可选择历史同期、同一水位、不同水位或高水位情况下各条线的变化情况；相关性分析指各测点通过与水位环境量的相关性，生成相关性分析图，计算出相关系数和相关常数；特征值分析指生成各个测点的特征值，包括最大值及时间、最小值及时间、平均值、变幅等，实现水库大坝安全状态研判。洪水预报根据定时遥测的水文数据，设计洪水预报模型预报出未来一定时期内入库洪水总量、洪峰、峰现时间、入库洪水过程等；调度决策通过对同时刻内水库下泄流量和区间汇流洪水流量进行叠加计算，得到桥墩水库入库洪水流量，结合桥墩水库库容曲线和水位—下泄量曲线以及相应的调度规则，对桥墩水库进行调洪演算，估算出库流量水位及库容，调洪演算依据出库入库水量平衡原理。AI人工智能视频识别通过胜读神经网络识别视频实现对水库河湖安全的常态化监测，以及违法违规事件，如乱堆垃圾、漂浮物、游泳、垂钓的智能化感知分析。

2.3 业务应用体系

应用业务主要建设包括智慧大屏、智能巡检、调度运行、应急抢险、基本信息查询、监测信息查询、日常维修养护和消息预警。

（1）智慧大屏

通过建设数字水库综合管控驾驶舱，实现水库安全、调度运行、应急抢险等应用场景更加直观具体，打破数据隔离，实现指标分析及决策场景落地。通过详尽的指标体系，实时反映水库的运行状态，将采集的数据形象化、直观化、具体化。如水库安全数据大屏建设以GIS+实景三维为基础展示，展示水库的地理位置，大坝总体安全、预警状态，安全及预警数量；调度运行大屏建设各个大坝安全监测点分布和状态信息，展示大坝安全评分，安全监测设施完好率、测点预警、水位和雨量的信息；应急抢险大屏建设结合应急预案、应急组织、培训演练、相关实测数据和历史灾害资料，实时绘制防汛防台形势图，包括各类避灾场所、物资、人员转移路线等要素。实现应急抢险利用大数据的精准研判，影响范围有多大、转移多少群众、什么时候转移，转移到哪，一目了然。

（2）智能巡检

以水库的全部水利监控设施建设和统一视频汇聚建设为基础，形成水库可视化全景监管系统。通过将GIS地图、水利工程数据、水雨情数据、视频数据进行有效关联，实现对水库的远程在线全景监管，以增加防台防汛救灾能力。建设内容包括：地图二次开发、汛情关联包括暴雨关联、台风关联和水位关联、视频监控设备维护、运维管理实现对视频质量评估分析，异常视频图像及时告警等信息；可让工作人员实时准确地掌握设备在线率、完好率、故障率等数据，同时对于设备故障信息发送至对应的运维人员，形成自动派单流程。

（3）调度运行

水库管理单位根据来水预测和实际水位开展调度申请，县级收到调度指令对其进行审批；审批通过后，同时通过PC、移动端和传真机下发调度令，实现调度在线流程化协同审批功能。具体流程如下：调度申请、调度审批、调度单下达、调度单签收、问题处置管理、调度方案上传、方案审批。

（4）应急抢险

当出现险情时，能够根据险情，自动生成应急抢险方案，自动调配抢险物资和抢险队伍，并匹配附近抢险专家，为应急抢险提供决策支持。应急管理包含应急预案、应急组织、预警管理、历史应急事件和应急响应等信息。并实现应急培训及演练模拟、应急指挥及应急事件全过程管理。

图1 桥墩水库在省运管平台的应用界面

（5）移动查询

通过移动端查询工程基本数据、工程特性数据。对各类水利工程的基本信息进行管理，使得管理者时刻掌握水利工程的基本信息、安全鉴定情况、全景等信息。展示包括水库基本信息、工程特性、安全责任人、安全管理范围线、管理设施、标识标牌、图表图纸等。也可在移动端查看巡检轨迹、巡检点采集信息、工程应急预案、用户平台使用情况、工作完成情况等，为管理工作提供帮助。

（6）监测信息查询

迁移平台监测数据至移动端，通过移动端查询工程水雨情、工情等数据。根据不同水利工程的监测需要，展示对应的水利工程监测信息。为水库安全管理工作提供数据支撑。

（7）日常维修养护

该模块功能包括对工程隐患处理意见及处理方式的编辑与记录；对处理意见的审批与记录；维修养护任务分发情况的操作与记录；维修养护时间、维修养护成果资料的上传保存；以及维修养护成果的审核功能。

（8）预警消息

通过移动端可群发消息，在移动端进行信息群发，选择接收人员，提醒方式，输入需要群发的消息文字后即可以短信等方式进行消息的推送。预警的消息主要包括：水位预警，根据各部门采集的水位信息，进行分析，设定预警阀值，当某一河道的水位超过预定阀值时，系统进行预警；放水预警，当水库进行放水时，可以通过移动端进行放水预警信息发布，民众在公众号可以接收相关放水预警。

3 数字桥墩水库应用实践

通过近几年的运用实践，数字桥墩水库平台在日常防洪工作中发挥了较大作用，在预报方面融合了水雨情、台风、气象等数据，在预警方面有预警消息中心、在预演方面有标准化的预演流程，在预案方案预案格式化模块，能够标准化流程化开展预案推进。

4 结论

数字桥墩水库项目建设后，将物联感知融入水库日常管理中，增强水库日常管理的监管，保障工程安全，保障人民财产安全，通过建设实现桥墩水库数字化管理的新突破，利用现代化、智能化手段实现桥墩水库现场可感、可视、可控、可分析，实现水库洪水预报、预警、预演、预案的“四预”安全管理，充分提升桥墩水库水害灾害防御能力和应急抢险联动能力，保障工程运行安全，避免工程事故和人民生命财产损失。同时数字桥墩水库在四预和三维可视化技术结合方面还有所欠缺，也是我们下一步的工作重点。