長(zhǎng)距離引調(diào)水工程中的信息化建設(shè)問題與思考

邊振榮

(甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730030)

隨著《全國(guó)水利信息化“十三五”規(guī)劃》《加快推進(jìn)新時(shí)代水利現(xiàn)代化的指導(dǎo)意見》等國(guó)家政策接連發(fā)布，我國(guó)大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)，全力驅(qū)動(dòng)水利工程治理體系和治理能力現(xiàn)代化，傳統(tǒng)水利行業(yè)逐步從“工程水利”發(fā)展為“智慧水利、民生水利、生態(tài)水利、水利服務(wù)”，其中水利信息化發(fā)揮著引擎和關(guān)鍵動(dòng)力的作用。

“隴中苦瘠甲天下”，引洮河水，解隴中渴。甘肅省引洮供水工程是解決隴中地區(qū)300多萬人吃水問題的“圓夢(mèng)工程”，在工程完建后如何實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化調(diào)度，發(fā)揮出工程最大效益，其工程信息化建設(shè)是當(dāng)前工程管理者應(yīng)該思考和面對(duì)的首要問題。

1 引洮工程信息化建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 引洮一期信息化

引洮供水一期工程信息化項(xiàng)目于 2015 年8月啟動(dòng)，2016 年年底建成主體功能，其信息化建設(shè)主要完成十二大系統(tǒng)構(gòu)建。如圖1所示。

圖1 引洮供水一期信息化系統(tǒng)構(gòu)建

1.2 引洮二期信息化

引洮供水二期工程信息化建設(shè)內(nèi)容在引洮一期有了較大提升和改善，在其十二大系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上增加了包括多遠(yuǎn)全景監(jiān)控監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)監(jiān)控監(jiān)測(cè)、全景聯(lián)合監(jiān)測(cè)與控制、輸水運(yùn)行管理與水量計(jì)費(fèi)、智能安全運(yùn)行與決策支持、綜合信息服務(wù)、辦公OA系統(tǒng)、工程維護(hù)管理系統(tǒng)、移動(dòng)應(yīng)用、集成配電自動(dòng)化系統(tǒng)10項(xiàng)信息管理業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1.3 引洮二期配套城鄉(xiāng)供水工程信息化

引洮二期配套城鄉(xiāng)供水工程，實(shí)現(xiàn)了以縣為單位的水池、水廠、泵站、管網(wǎng)等供水設(shè)施的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與控制，但仍缺乏以縣為單位的綜合監(jiān)控與調(diào)度管理。

2 信息化需求分析

2.1 業(yè)務(wù)需求

引洮工程信息化建設(shè)需求，緊緊圍繞供水目標(biāo)，分析工程調(diào)度特點(diǎn)和業(yè)務(wù)流程，系統(tǒng)總體需求歸納為：全程的安全運(yùn)行管理、水量調(diào)度、突發(fā)應(yīng)急事件響應(yīng)、會(huì)商決策。

(1)水量調(diào)度功能需求。調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)的核心任務(wù)就是將把洮河水輸送至輸水干線沿線的各分水口門(或用水戶)。為此，工程需要水量調(diào)度的全部功能，包括：當(dāng)?shù)貋硭A(yù)測(cè)、用戶需水統(tǒng)計(jì)分析、中長(zhǎng)期調(diào)水方案的制定、實(shí)時(shí)水量調(diào)度方案的制定、水量統(tǒng)計(jì)和水費(fèi)計(jì)算以及調(diào)度方案評(píng)估等。而對(duì)于中長(zhǎng)期的調(diào)水方案的制定需要依靠水量分配模型，對(duì)于實(shí)時(shí)水量調(diào)度方案的制定需要水量調(diào)度模型，對(duì)于調(diào)度方案評(píng)價(jià)需要依靠調(diào)度評(píng)價(jià)模型。

(2)安全調(diào)水的功能需求。引洮工程沿線輸水用建筑物眾多，輸水河道和建筑物的安全問題對(duì)安全輸水影響較大，因此，輸水河道、管道、暗渠、隧洞、閥門井、分水口門、河道上的建筑物(泵站、水閘)的安全以及冬季輸水的安全是工程運(yùn)行管理的重要保障，需要及時(shí)對(duì)工程運(yùn)行信息進(jìn)準(zhǔn)確研判、分析、預(yù)警，保障工程的安全運(yùn)行。

(3)自動(dòng)化調(diào)水需求。自動(dòng)化調(diào)水作為引洮供水工程的重要建設(shè)目標(biāo)，工程現(xiàn)地站采用“無人值班，少人值守”的運(yùn)行方式，分水井、泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻監(jiān)視及安防監(jiān)控功能是均為必備功能。

(4)應(yīng)急調(diào)水。當(dāng)工程發(fā)生險(xiǎn)情、遇特大洪水、特大干旱等緊急情況或者工程出現(xiàn)重大事故、重大水污染等突發(fā)事件時(shí)，以及用戶特殊需求時(shí)都需要進(jìn)行應(yīng)急調(diào)水。需要有應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急處置功能、應(yīng)急調(diào)度模型支持，以把損失減小到最小程度。

(5)決策會(huì)商。在運(yùn)行期間，縣調(diào)度中心和各水廠、泵站等各級(jí)管理機(jī)構(gòu)間需相互協(xié)商確定，對(duì)各閥(泵)站的運(yùn)行工況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)客觀情況進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)各種目標(biāo)要求。因此，需要建立視頻會(huì)商系統(tǒng)，便于協(xié)商討論，節(jié)約人力物力，提高勞動(dòng)效率。同時(shí)，制定中長(zhǎng)期調(diào)水方案和計(jì)劃、各種情況下的應(yīng)急響應(yīng)都需要決策者們進(jìn)行會(huì)商，做出最后的決策。需要有綜合信息查詢、會(huì)商環(huán)境、會(huì)商支持系統(tǒng)功能。

(6)輔助功能。由于不同區(qū)間內(nèi)各用戶類型、需水量、需水類型、需水時(shí)間等不盡相同，導(dǎo)致水量分配有多種不同的組合方案，不同的水量分配方案將對(duì)用戶的滿足度、工程的調(diào)度控制、調(diào)水成本、調(diào)水水價(jià)、工程安全等方面帶來巨大影響，必須制定科學(xué)的水量分配模型，并以三維展示系統(tǒng)，模擬將要發(fā)生的情況，對(duì)水量分配方案和調(diào)度控制進(jìn)行驗(yàn)證。

(7)綜合應(yīng)用需求。引洮二期配套工程對(duì)以下系統(tǒng)具有需求，包括“一張圖”系統(tǒng)、三維數(shù)字化平臺(tái)、綜合監(jiān)視與預(yù)警系統(tǒng)、調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)、工程管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、門戶網(wǎng)站及微信公眾號(hào)、用水戶繳費(fèi)系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)需求

需要建立底層數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的標(biāo)準(zhǔn)化管理，保證數(shù)據(jù)的一致性和權(quán)威性。

(1)基礎(chǔ)感知需求分析。基礎(chǔ)感知是實(shí)現(xiàn)工程信息化監(jiān)管的必備前提，因此必須構(gòu)建監(jiān)測(cè)類型豐富、監(jiān)測(cè)手段多樣、信息轉(zhuǎn)輸穩(wěn)定、控制安全可靠的立體感控體系，為工程運(yùn)行管理打好基礎(chǔ)。本工程各標(biāo)段已建成對(duì)水池、水廠、泵站、管線等相關(guān)構(gòu)筑物的綜合監(jiān)控，包括水力量測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、工程安全信息、泵站、水廠設(shè)備的監(jiān)控、視頻監(jiān)控等。

(2)數(shù)據(jù)整合共享需求分析。通過整合的現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，同時(shí)預(yù)留接口，保障與上級(jí)甘肅省水務(wù)投資有限責(zé)任公司系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

(3)數(shù)據(jù)流程分析：根據(jù)運(yùn)行管理中心業(yè)務(wù)分析需求，需要及時(shí)提供工程供水沿線需水信息、水文氣象信息、用水申請(qǐng)等信息。系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流程

2.3 性能需求

(1)可靠性。系統(tǒng)需要具備良好的檢錯(cuò)能力，能夠保障系統(tǒng)出現(xiàn)的故障很快的得到排除，產(chǎn)生的錯(cuò)誤能及時(shí)發(fā)現(xiàn)或能夠進(jìn)行相應(yīng)的處理。

(2)可維護(hù)性。能夠方便地進(jìn)行用戶管理，提高系統(tǒng)質(zhì)量的技術(shù)和工具進(jìn)行明確的質(zhì)量保證審查、改進(jìn)程序的文檔、開發(fā)功能時(shí)要綜合考慮維護(hù)方面的工作。

(3)可用性。按照需求實(shí)現(xiàn)全部調(diào)度控制作業(yè)及相關(guān)作業(yè)功能，操作界面簡(jiǎn)單明了，易于操作。

(4)擴(kuò)展性。能夠適應(yīng)未來需求的變化，方便靈活地增加新功能模塊，既能保護(hù)現(xiàn)有投資，又能延長(zhǎng)系統(tǒng)生命周期，充分發(fā)揮系統(tǒng)效益。

(5)先進(jìn)性。采用技術(shù)領(lǐng)先的系統(tǒng)平臺(tái)和框架體系。

(6)實(shí)用性。符合水利工程運(yùn)行管理的特點(diǎn)和業(yè)務(wù)需求，操作方便簡(jiǎn)單，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

(7)應(yīng)用系統(tǒng)其它性能需求。應(yīng)用系統(tǒng)是在已建的平臺(tái)上進(jìn)行擴(kuò)展，必須深度融合，高度集成。

3 存在問題及難點(diǎn)

3.1 長(zhǎng)距離引調(diào)水工程的復(fù)雜性

(1)工程規(guī)模大。長(zhǎng)線路、高揚(yáng)程、多級(jí)泵站、大功率機(jī)組。

(2)構(gòu)筑物組成形式多。輸水隧洞、渡槽、暗渠、倒虹吸、重力流管道、泵站、水閘等。

(3)供水范圍廣。多支線、大區(qū)域、多目標(biāo)。

(4)供水水量、流量、配水調(diào)節(jié)復(fù)雜。長(zhǎng)距離、長(zhǎng)延時(shí)、大滯后特點(diǎn)。

3.2 長(zhǎng)距離引調(diào)水調(diào)、制、配、用水復(fù)雜性

(1)供水水量、流量、配水調(diào)節(jié)復(fù)雜。長(zhǎng)距離、長(zhǎng)延時(shí)、大滯后特點(diǎn)，流態(tài)復(fù)雜。

(2)用水戶需用水量不均勻。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民生活用水根據(jù)季節(jié)、時(shí)間段等變化大。

3.3 信息感知的不全面性

引洮工程供水線路長(zhǎng)，建筑物數(shù)量多、類型復(fù)雜，存在感知不足的情況。

3.4 信息孤島的局限性

引洮供水主體工程與配套的城鄉(xiāng)供水工程屬于和轄區(qū)地方政府合作實(shí)施，信息化建設(shè)管理參與部門多，存在運(yùn)行管理單位不同、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等情況，造成部分子系統(tǒng)之間各自相對(duì)獨(dú)立，不能互通共享數(shù)據(jù)等問題。

3.5 分階段實(shí)施信息化系統(tǒng)更新不及時(shí)

引洮工程規(guī)模較大，從設(shè)計(jì)到實(shí)施周期比較長(zhǎng)，但信息化技術(shù)更新快，日新月異，原設(shè)計(jì)投資比重小，一般情況下，設(shè)計(jì)單位做重大變更調(diào)整手續(xù)繁多，因此，針對(duì)信息化設(shè)備及技術(shù)而言，系統(tǒng)更新滯后3～5a。

3.6 水利大腦、調(diào)度模型的需求迫切性

由于信息感知的不足及“信息孤島”的存在，使數(shù)據(jù)的利用率較低，不能充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)的作用，在統(tǒng)一集成、統(tǒng)一平臺(tái)的基礎(chǔ)上，可以充分發(fā)揮出數(shù)據(jù)的力量，匯集系統(tǒng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)，整合系統(tǒng)外相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)梳理大腦、調(diào)度模型等多種算法。

4 建設(shè)方案與建議

4.1 建設(shè)方案

根據(jù)引洮工程現(xiàn)狀及問題分析，從水務(wù)信息化的整體視角，以水務(wù)信息化綜合體系為基礎(chǔ)，細(xì)化并明確水務(wù)業(yè)務(wù)間的相互關(guān)系，對(duì)信息采集系統(tǒng)集成、通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)中心以及水務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)、物理架構(gòu)等進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)約，統(tǒng)籌業(yè)務(wù)系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，保障信息資源共享。對(duì)安全保障體系進(jìn)行統(tǒng)籌部署，確保信息系統(tǒng)的規(guī)范建設(shè)和安全運(yùn)行。按照“統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一運(yùn)行環(huán)境、統(tǒng)一安全保障、統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、統(tǒng)一服務(wù)門戶”的要求，構(gòu)建“1+1+N”的智慧水務(wù)總體架構(gòu)。架構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

4.2 基于目前現(xiàn)狀的建議

(1)統(tǒng)籌考慮引洮一期、二期、二期配套信息化系統(tǒng)建設(shè)。引洮一期、二期、二期配套信息化系統(tǒng)應(yīng)作為一個(gè)整體統(tǒng)籌考慮，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)孤島、重復(fù)建設(shè)等工程情況。

(2)根據(jù)“橫向分區(qū)、縱向分級(jí)”原則進(jìn)行業(yè)務(wù)與管理的分層。系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)應(yīng)用包括綜合監(jiān)控、水量調(diào)度、工程管理、綜合會(huì)商、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)等各個(gè)方面，為了保障信息安全，在系統(tǒng)的橫向結(jié)構(gòu)上分為生產(chǎn)管理區(qū)、辦公信息區(qū)和外網(wǎng)，即控制區(qū)、管理區(qū)與外網(wǎng)區(qū)。為保證控制區(qū)的信息安全，通過單向隔離設(shè)備進(jìn)行聯(lián)通，嚴(yán)格控制區(qū)間流量的信息交換，保證控制區(qū)安全?？紤]工程管理、工程運(yùn)行等方面各自不同的應(yīng)用需求，縱向上分為綜合會(huì)商層、總調(diào)中心、分調(diào)中心層、縣級(jí)調(diào)度中心層、現(xiàn)地層。

(3)引入新技術(shù)一體化及信息化手段。積極引入測(cè)控一體化閘門等一體化設(shè)備，降低能耗，降低管理成本。積極引入等新技術(shù)，推動(dòng)傳統(tǒng)運(yùn)行管理方法與新技術(shù)的有效融合，大大提高工程效益。

(4)安全措施需要加強(qiáng)及保障。供水工程關(guān)系民生，根據(jù)國(guó)家等級(jí)保護(hù)相關(guān)要求，按照“統(tǒng)一安全管理、統(tǒng)一安全防御、統(tǒng)一安全運(yùn)維、統(tǒng)一災(zāi)備中心”的思路，開展引洮工程信息系統(tǒng)安全建設(shè)。

(5)加強(qiáng)數(shù)據(jù)治理與數(shù)據(jù)融合。通過將各子系統(tǒng)、各部門、各階段等的數(shù)據(jù)從底層打通，消除和避免“數(shù)據(jù)孤島”，更加有效的挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)更高效安全的水利信息處理能力、更科學(xué)的水利信息收集、研判分析和應(yīng)急處理能力、更高水平的控制對(duì)象遠(yuǎn)程控制和調(diào)度能力、更便捷的水利業(yè)務(wù)跨部門、多層級(jí)、異地點(diǎn)協(xié)調(diào)能力。

(6)構(gòu)建基于引調(diào)水及城鄉(xiāng)供水的多層次水利模型。通過匯聚和治理引洮程信息化系統(tǒng)內(nèi)外的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建海量異構(gòu)多元的數(shù)據(jù)資源體系，開發(fā)針對(duì)不同管理場(chǎng)景的應(yīng)用模塊，為決策者提供預(yù)警預(yù)報(bào)、應(yīng)急管理與決策輔助。

5 結(jié)語

水利信息化建設(shè)是黨和國(guó)家對(duì)水利行業(yè)的重要要求，做好水利信息化建設(shè)，對(duì)推進(jìn)長(zhǎng)距離引調(diào)水工程從傳統(tǒng)手段向自動(dòng)化、智能化轉(zhuǎn)變、提升水利工程系統(tǒng)運(yùn)行管理水平具有重要意義。引洮工程作為重要的引水工程，關(guān)系著上百萬民眾的生活質(zhì)量，全面推動(dòng)引洮工程的信息化建設(shè)，響應(yīng)黨中央、國(guó)務(wù)院號(hào)召，對(duì)甘肅省工程建設(shè)、信息化提升起著重要的作用。