广西左江治旱工程综合监测预警与智能调控信息系统研发

滕振敏，苑希民，田福昌

（1.广西壮族自治区崇左市左江治旱工程管理中心，532200，崇左；2.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，300072，天津）

本文讨论的水利信息化是基于计算机软硬件环境的信息系统软件建设。我国水利信息化发展从20 世纪70 年代水情测报伊始，历经了水利信息监测、数据通讯传输、数据库存储、GIS 数据分层展示、信息查询与管理、三维仿真展示、信息网络化实现等研发和应用过程，建设完成了相应水利业务应用系统软件及运行环境。代表性成果主要包括：初步完成了国家防汛抗旱指挥系统一期和二期工程建设，开发了国家水利工程数据库系统，建设了国家防汛抗旱会商系统、水库工程管理信息系统、水利工程监测与控制系统、水资源管理信息系统、水情测报系统、灌区墒情管理信息系统等。

虽然成果显著，但是随着水利工程建设与管理的多目标、综合化和专业化需求转变，以及工程数据监测、海量数据管理、云计算、物联网、人工智能等新技术突破，现阶段水利信息化应用往往建设目标比较单一，难以满足我国流域高质量发展对水利信息化建设高效率、多类型、专业化、全过程的技术服务需求。现代复杂水利工程建设管理面临诸多亟待破解的客观难题，如安全性、高效性和多目标性等，缺乏先进的信息技术与专业支撑，非综合性、非集成化的建设管理手段难以满足现代水利工程建设管理需求。

根据广西左江治旱驮英水库及灌区工程建设和管理需要，紧密结合复杂工程体系水情监测与信息化建设管理需求，利用前沿信息技术和专业模型技术，研发广西左江治旱工程综合监测预警与智能调控信息系统，探讨系统构建思想、总体架构、主要功能和技术特色，并总结其在工程建设管理中的作用及成效。

一、工程背景及系统建设难点

1.工程背景

广西左江治旱驮英水库及灌区工程为国务院确定的172 项节水供水重大水利工程之一，位于广西三大旱片的左江旱片。驮英水库位于明江支流公安河上游河段，距宁明县城115 km，是全国大型水库规划和珠江流域规划建设的重点工程，工程以灌溉、供水为主，兼顾发电等综合利用，设计灌溉面积84.12万亩（1 亩=1/15 hm2，下同），其中新增灌溉面积32.50 万亩，恢复灌溉面积21.87 万亩，改善灌溉面积29.75 万亩，为33.5 万农村人口提供清洁、安全水源并承担一定的工业供水任务。

广西左江治旱驮英水库及灌区工程主体是水库枢纽工程和灌区骨干工程，工程体系极为复杂。

（1）水库枢纽工程

河床布置沥青混凝土心墙堆石坝，右岸布置开敞式溢洪道、坝后电站引水系统、导流泄洪隧洞，坝后布置河道电站厂房，左岸布置灌溉发电引水系统、缆车式升鱼机，百岜溪布置渠首电站，大坝最大坝高72.2 m，坝顶长225 m。

（2）灌区骨干工程

新建 1 条总干渠、4 条干渠、26 条支渠、14 条灌溉补水渠道、2 座提水泵站及24 条骨干渠道续建配套等，渠线总长686.03 km，涉及主要渠系建筑物有：渡槽 83 座、隧洞 24 座、暗涵 25 座、倒虹吸 16 座、泵站 2 座、水闸 131 座、机耕桥314 座。

2.系统建设难点与需求

（1）工程体系构成多，干支渠线路长

工程体系复杂、种类繁多，干支渠线路长、布置分散，实现各类工程的高精度监测和系统化管理难度较大。

（2）工程监测要求高精度实时监测

监测系统涉及雨情监测、水情监测、水量调度监测等雨水情信息的高精度监测，以及大坝、干渠、渡槽和倒虹吸工程等施工过程和运行管理安全的实时动态监测。

（3）工程调度与控制技术难度高

涉及工程体系的水量调度优化、多工程联合调度控制模拟、水资源优化配置方法和方案制定、防洪应急调度技术和方案制定等专业理论技术与方法，技术难度较大。

（4）施工质量保障风险大

沥青混凝土心墙坝是关键工程，其工艺复杂、施工环节及影响因素多，任何一个环节出现问题都会造成沥青混凝土心墙的质量缺陷，导致心墙渗漏和破坏。此外，枢纽工程体系复杂、覆盖范围广，整体工程质量的综合保障也是一项难题。

（5）业务应用需求范围广

业务涉及水资源管理、发电管理、生态环境保护、防洪应急管理、工程建设管理及土地综合利用信息管理等，部门多、范围广、业务繁琐、复杂程度高。

（6）工程运行管理难度大

工程种类多，涉及各项分类工程的运行管理与维护，复杂性高，且部分工程运行管理需要专业技术支撑，是一项庞大、综合、专业的系统工程，运行管理难度大。

（7）自动化程度要求高

高科技、信息化是当前工程建设管理的基本需求，自动化程度高低是现代工程建设管理水平的标志和体现。采用国内外前沿信息技术建设高水平自动化、智能化工程监测与管理系统，形成我国水利工程建设管理新示范成果是系统构建的根本要求。

二、建设目标与总体框架

1.建设目标与特点

广西左江治旱驮英水库及灌区工程水利信息化建设的目标是：充分利用现代的监测传输技术、数字化技术、可视化技术、网络化技术、智能化技术、专业化技术等手段，建设集信息采集、传输、存储、处理和服务于一体的专业化、开放式、智慧性综合监测预警与智能调控信息系统，深入专业化开发和信息资源化挖掘（水雨工情、汛旱灾情、水质水量、水利工程等），高效服务于水利工程建设和运行管理、水雨工情监测预警、防汛减灾、水资源优化配置、水土保持、水质监测等水利业务多目标需求，全面提升水利枢纽工程全生命周期的建设管理、运行调度、水资源精细调度和高效利用、装备自动化、防洪抗旱调度决策等水平，保障工程质量和运行安全，提升工程的经济社会效益。

广西左江治旱工程综合监测预警与智能调控信息系统建设基于现代先进的信息技术手段实现，体现先进技术的集成性、工程全生命期的服务性、多业务功能的综合性、多客户群体的共益性、多源信息的共享性、多目标服务的智能性和专业性等特点。平台建设从项目建设管理的特点和难点出发，全面梳理全生命周期的业务需求，充分考虑水利信息化发展的前瞻性和业务服务的适应性，进行科学合理的设计、论证、建设和实施，发挥水利信息化对广西左江治旱工程建设管理的引领和支撑作用，带动和提升国家级节水供水重大水利工程的现代化建设和发展。

2.系统总体框架

广西左江治旱工程综合监测预警与智能调控信息系统的总体框架由 7 个层面、2 大保障体系、4 类服务对象共同构成（图1）。其中7 个层面包括信息采集、信息传输、计算机网络、数据资源、应用支撑、业务应用和应用交互；2 个保障体系包括信息安全体系和标准规范体系；4 类服务对象包括水行政主管部门、社会公众、取用水户和政府相关职能部门。

图1 系统总体框架图

三、智能化信息系统功能

广西左江治旱工程综合监测预警与智能调控信息系统主要功能包括基础信息采集、平台综合服务、办公应用管理、水情与水资源管理、泵闸远程自动控制、灌区综合信息管理、防汛应急管理、工程建设与档案信息管理等。

1.基础信息采集

建设水情、雨情、工情和墒情的监测、监视和信息传输设备，实现对水情、雨情、工情和墒情等基础信息的实时采集和动态传输服务，满足系统平台各项功能的应用需求。

2.平台综合服务

开发二三维一体化GIS 网络综合服务平台，提供三维地形、水系、工程体系、灌区土地利用等信息的直观展示，满足大视角、立体式、全方位的信息服务需求，可提高管理和决策的直观性、准确性和便捷性。同时，还提供用户认证管理和业务应用门户管理功能。

3.办公应用管理

提供电子政务和移动应用综合服务功能，满足日常电子化办公及移动办公需求，为用户提供跨空间的业务交流活动与信息及时交换服务，提高工作效率和信息服务能力。

4.水情与水资源管理

提供水情测报、水量自动监测、水资源调配决策支持、水量精细调度与优化控制、生态景观用水优化配置与管理等功能，通过水情测报模型、水资源优化配置模型、水资源调度模拟模型、水质—水量—水生态耦合的水资源配置模型等实现水情和水资源的测报与综合运用管理服务。

5.泵闸远程自动控制

提供泵闸自动监控和水库调度服务。借助泵闸远程控制软硬件系统和网络传输与控制功能，为用户提供远程泵闸控制、实时监测泵闸设备运行动态、开展远程自动控制服务，满足用户及时了解设备安全运行情况和提高设备调度运行管理能力的需求。

6.灌区综合信息管理

提供灌区土壤墒情监测、灌区综合信息服务、鱼类管理、乡村环境治理及旅游开发管理、土地整治和现代农业综合开发管理等服务。通过基于二、三维数字地形和高清影像支撑的综合服务平台，对灌区土地整治和农业综合开发信息、乡村环境、环境治理设施、环境保护方案、景观布局、交通系统、服务设施等进行仿真展示。

7.防汛应急管理

提供应急条件下防汛应急决策和管理服务，满足汛期防洪应急管理需求，提高应急响应能力及决策效率。

8.工程建设与档案信息管理

提供大坝沥青混凝土心墙施工质量实时监测和工程全生命周期智能建设管理与维护功能。对大坝施工过程进行实时监控，重点监控沥青混凝土心墙铺筑及碾压过程，通过安装碾压质量实时采集设备和手持数据采集设备，对水库沥青混凝土心墙建设各环节的质量进行实时在线监测。对水库大坝及灌区工程建设和维护的全过程进行智能化工程建设管理和工程运行维护管理，包括信息查询、跟踪、分析、预警等，涉及招标、合同、资金、进度、质量、安全、设计、专项、验收、档案等工程建设管理、施工安全监测的各个环节，以及工程定期检查和维修的系统化管理。

四、重要作用及成效

1.提高工程建设高效管理与科学决策水平

借助平台建设软硬件技术服务，可更好地实现对工程建设全生命周期、全过程的动态化管理；通过海量信息采集、传输、管理及专业化模型、智能化监测信息与分析数据、平台的高效服务与展示，可极大地提高整个复杂工程体系建设和运行管理效率及其科学决策水平。

2.保障关键工程建设质量与安全稳定运行

借助专业监测设备和分析模型，对大坝关键部位心墙施工全过程进行动态监测和实时信息数据专业研判分析，并及时反馈和提示异常情况，可有效保证各施工环节质量，进而保障大坝施工的整体质量，对大坝正常蓄水和后期安全稳定运行起到重要支撑和保障作用。

3.提升水资源精细化管理与高效利用能力

平台建设融合了专业化模型，结合工程体系特点建立的水资源精细化调研分析模型，可以科学准确地开展水资源的预测、分析与评价，并对灌区农业用水、工业用水及生态用水等进行优化计算和合理调配，以提高有限水资源的高效利用和精细化管理能力。

4.提高洪水监测预报与安全调度管理能力

根据汛期洪水监测数据和洪水分析模型，可以准确地进行洪水预测分析，并可通过数值模拟和三维动态展示，及时、直观地了解和掌握洪水的发展及动态影响，对调度方案进行实时优化，科学、及时、合理地指导调度，以更好地保障水库大坝及灌区工程的防洪安全，减少汛期洪水影响，降低灾害损失。

5.提高水旱灾情远程自动监视与调度能力

通过监测、监视和远程自动传输设备，实时动态获取闸坝、供水系统、灌区土地的水情和熵情等信息，并利用专业化分析模型，对水情和旱情进行科学分析，通过远程自动控制系统，可以实现远程实时自动调控，提高水旱灾情的远程自动监视与调度能力。

6.提高海量信息综合管理与共享服务能力

从工程建设到运维全生命期会产生大量的工程建设、维护等工程档案和数据信息，以及水雨工熵情的监测和水资源测报、调度等信息，借助平台开发的大型数据库综合管理功能，可以实现异源、异类、异期海量数据信息资料的及时、动态、安全处理和保存，并提供及时共享服务，既保证数据信息资料的整体安全性，又能及时动态获取或提供所需信息，实现共享并发挥数据信息的客观价值。

五、结 论

广西左江治旱驮英水库及灌区工程水利信息化建设是一项集现代先进软硬件技术融合开发与多业务功能综合集成的系统工程，所研制的综合监测预警与智能调控信息系统可以有效满足水库及灌区工程全生命期建设和多业务综合管理的客观需求，响应了信息时代及广西崇左市发展战略需求，发挥了信息化对工程建设的引领和支撑作用。