中顺大围水利工程信息化技术的管理与应用研究

梁志谋

（中山市堤围管理中心，广东 中山 528400）

由于信息化技术具有智能化、先进化、快速化的特征，所以被应用在了各行各业。而水利工程作为利国利民的重要基础设施，对于防灾与水资源调度起着非常重要的作用，在管理过程中会产生诸多数据。所以要合理利用信息化技术，构建庞大的信息化平台，加强对数据的收集和应用。从而对供水、防洪、发电和灌溉进行控制，简化工作的流程，强化工程的质量和安全性。

1 工程概况

中顺大围水利工程位于珠三角南部，西江出海口，干堤长度为120km，围上总共有49座水闸，9宗外排泵站，集雨面积779km²，捍卫面积达到了3.33万hm2。围内包括了各类产业，经济来往密切，人口数量多达60多万，同时也有岐江、广珠等公路从其中穿过。中顺大围水利工程的作用，在于阻拦西江大水对四周的大涌、横栏、沙溪所造成的危害，而且该地区经常发生极端恶劣天气，比如洪涝灾害、台风、暴潮等。所以需要充分利用先进的信息技术，建成集网络通信、群闸集控、防洪调度系统等，形成一个先进而智能的中顺大围工程调度系统。从而保证中顺大围工程调度系统更好地运行，起到防洪防潮的作用，保障人们的生命财产安全。

2 水利工程中信息化技术应用的意义

2.1 节约水利工程管理的资源

水利工程建设的规模非常大，建设周期很长，所消耗的资源更是非常多。通过在水利工程项目中用到信息技术，可发挥出高效的优势。比如借助信息技术来对工程每一个部分进行统筹规划，在设计过程中利用信息技术来收集各种信息、数据，可为规划工作提供所需要的参考资料，节约前期阶段的资源消耗。而且也能充分利用信息化技术的计算分析功能，选出最佳的方案，提前预知可能产生的一些突发情况，采取针对性的方案和对策。所以也减少了财力、物力、人力等资源的消耗，节约了时间，降低了工作人员的工作负担[1]。

2.2 实现统一的管理目标

因为各水利工程由不同的施工单位所建立，难免在兼容性、衔接性方面存在差异，所以要采用统一的信息化平台来进行管理。该系统能减少繁琐的维护，提高管理的效率，促使中顺大围工程的调度效果更佳。并且防止因软件漏洞及硬件故障等问题，而影响业务系统基础环境的安全运行，通过统一化的管理技术和平台，从而实现共同的管理目标。

2.3 提高管理的效率

通过在水利工程中采用信息化技术，也能提高管理的效率。中顺大围水利工程位于珠三角南部，西江出海口，而且整个工程的面积较大，全长119km。如果仅仅依靠人工管理，会耗费较多的时间和资源。借助先进的信息化技术，可对水利工程进行全面监测，对水利工程的数据进行采集和分析，传递到计算机系统中。从而及时发现其中存在的问题。同时也方便对数据进行应用，避免产生危险事故。工作人员通过计算机系统，可进行远程操控，促使管理更加科学有效。

2.4 提高决策的水平

水利工程的决策会受到诸多因素的影响，这些决策必须收集海量信息，比如水文信息、地理信息、工程信息、其他信息等。通过先进的信息化技术，能自动收集数据和信息，提高水利信息分析的准确度。比如通过大数据技术和遥感设备，可清楚掌握水利情况，根据对天气和其他信息的分析，预测是否会产生洪涝灾害、旱灾。为各项决策提供有用的参考依据，并提高水利工程决策的水平，推进各项工作的顺利开展。

3 水利工程信息化技术的应用原则

中顺大围水利工程的信息化技术应用，要遵循 5 个原则：①可操作性的原则，在进行设计的过程中，必须促使界面更加简单易操作，避免太过于复杂和繁琐。方便管理人员进行使用，提高系统的使用效率，发挥出强大的功效。②开放性的原则，整个信息化系统的设计和应用，需要不断完善，在长时间的使用过程中进行改进，从而保证其具有可行性，因此要遵循开放性原则，满足使用的需要。③方便性的原则，其要具备多次开发的工具，可进行拓展。而且在传递数据时能进行兼容，方便各种资料和数据格式的转化，有利于对数据资料进行应用。④智能化的原则，信息化技术必须能进行智能化感知、预测，贯穿于防洪防灾、水资源配置、环境保护中。并实时展现出水利工程的情况，为管理工作提供可视化的影像资料、数据信息[2]。⑤安全性的原则，必须保障信息和数据传递的安全性，避免泄漏。所以信息化技术要具有一定的稳定性，一旦发生问题要能技术进行维护。而且能根据水利工程的情况，设置不同的登录权限，起到保护信息安全的作用。

4 水利工程信息化技术的应用策略

为了提高中顺大围水利工程的管理效率，并强化水资源调度，减少洪涝灾害，优化水质，中山市投入了两千多万，构建了集网络通信、群闸集控、防洪调度决策支持系统为一体的信息技术管理工程体系。整个体系不但先进、智能，而且覆盖面广，可涵盖四周每个镇区的直属闸站工程。

4.1 计算机通讯网络系统

在本计算机通讯网络系统的设计中，主要包括了光纤网络、交换机、物理隔离网闸、防火墙等。而且增加了网络拓扑，在设计的过程中，根据中顺大围水利工程的实际情况，对系统架构的布置进行优化。精确到不同的网络层，比如中间层、网络层、通信层，快速收集和传递各种数据信息。

在中顺大围水利工程的大堤中，对计算机通讯网络系统进行设置。铺设通信光纤网络为120km的环形网，连接四周的水闸、船闸、泵站、围内小型水利工程。并促使中顺大围水利工程和围堤中的水闸、船闸、泵站、水利，通过互联网进行连接。全面监控水利工程的每一个点，遥测站点的信息数据、语音、影像。将其传递到不同的监控分中心、中顺大围调度中心，并实现远程操控，为中顺大围工程调度提供畅通、稳定的通信通道[3]。最后还要设立安全保障的防火墙，拒绝外部访问，避免信息和数据泄露。

4.2 信息采集系统

信息采集系统能自动采集大围内外江水文、水位以及流量等数据，并自动生成表格储存相关数据，为调度提供所需要的决策依据。并建立自动水位测站、雨量自动测站、水闸自动流量观测站、中顺大围内河流量站。采用水平声学多普勒流法，建立了几个在线流量遥测点，其中包括东河、西河、太平、岐江河等，方便监测中顺大围河道断面流量，为水利工程调度提供依据。通过接入、增加自动遥测设备，应用传感器、无线通讯、计算机及遥测遥控等技术，在附近的镇内接入一些水位、雨量自动遥测站点，对水情数据、闸门运行信息等进行收集和应用。

将信息采集系统应用在本水利工程项目中，需要进行全局统筹、多方面考虑，比如充分考虑水利工程和地区发展的特点，在交通条件不佳的区域建立信息网络，设置观测点，收集完善的数据和信息。而且充分发挥出一定的协同效应，注重信息收集的完善性，其体系结构建设项目如表1所示。

表1 信息采集系统结构

4.3 群闸控制系统

群闸控制系统的作用，在于对中顺水利工程的水闸、泵站进行监控，并实现远程操控。整个系统包括了管理处调度控制中心群闸控制系统、自动化控制系统、服务器、分控中心等等。

4.4 调度决策支持系统

4.4.1 决策支持系统

整个调度决策支持系统采用了现代信息技术，在防汛抗旱指挥、水源监控、综合管理信息资源整合的基础上，进行完善和升级，构建基于统一技术架构的平台。其以大数据分析技术作为支撑，具有信息收集与分享、全流域模拟和预报调度、监控等功能[4]。而且调度决策支持系统包括了多数据源、数据存储与交换、基础支撑服务、业务应用服务、终端等部分。

调度决策支持系统的作用，在于获取所需要的信息或数据，再进行计算和分析，从而得出最准确的结论，方便管理人员进行决策。不但可以综合收集每一个遥测站的水文、工况等信息，也可以对感潮河段历年潮位数据进行利用，从而获得海量历史水文数据，自动生成内外江的水位涨落规律和趋势。同时也可以分析利用各调度工程的内外江水位信息，全面把控河道汇流历时和水位、水量、水流关系，根据围内河涌自然情况，通过水动力模型演算，生成水闸、泵站的综合调度方案。按照中顺大围防洪（潮）、排涝、水环境调度的调度目标，找出水闸、泵站的调度问题，制定出各种各样的调度方案，解决其中的不足，从而达到防洪排涝、水资源调度的作用，满足辖区内对水资源的使用需要。

4.4.2 调度中心

基于计算机信息技术的调度中心，具有自动化、智能化的功能。通过在中顺大围水利工程中建设和应用调度中心，可对中顺大围内各闸、站工程进行动态化监控。工作人员可远程调取所有的数据与资料，对其进行应用，从而快速掌控水利工程的实际运行状态。整个调度中心包括了计算机中心控制室、监控值班室、调度会议室等等。

4.5 数据库系统

数据库系统在水利工程中非常重要，其包括了工程建设规划管理模块、工程进度仿真分析模块、工程质量控制模块、合同管理模块、概预算管理模块、材料设备管理模块、档案信息管理模块、工程信息发布模块等等。通过这些模块之间的互相协作，能为水利工程提供所需要的数据。在进行建设的过程中，要严格遵循“数据统一管理”“信息资源共享”等原则，对数据库结构进行设计，再开发出不同的专业信息系统。

通过数据库系统，可对历史数据进行统计、分析、查询，自动生成各种数据报表。实现对水泵、水源、水质、管网的监测，一旦发现水质和水位的异常，便会自动进行报警。在中顺大围水利工程的建设阶段，充分利用了数据库系统来进行规划。而且设计出了基于Hadoop的大数据融合挖掘系统，综合HDFS存储技术，通过MapReduce对大数据算法进行优化，从而可快速查询结果，也借助三维可视化技术来展示出本水利工程的各种数据[5]。

在对中顺大围水利工程进行运营管理时，也充分利用了大数据库系统来对区域水土流失的情况进行评价、监测，对灌区闸门、水质、渠道、水雨等数据进行汇总，预测洪涝灾害、旱灾等，并随时调整水库的分配量，实现对当地水资源的合理分配。

4.6 计算机仿真系统

整个计算机仿真系统包括了两部分，一部分是功能性仿真，即地形地质三维模型、水工建筑物三维模型、三维模型材料特性、地形地质水工建筑物三维仿真模型、静动力与水力学仿真、工程评估、校验。另一部分是视景仿真，即地质地形视景模型、水工建筑物视景模型、贴材质配套模型、建筑属性、工程虚拟体验。

通过在中顺大围水利工程中采用计算机仿真系统，可实现对整个过程的准确预测，对预测结果进行优化，得出最佳的项目管理方案，提高水利工程的管理效率。比如在水利工程开工之前，借助仿真系统对中顺大围四周的环境、自然天气进行仿真和模拟，结合水利工程减少的参数来进行扫描，分析仿真结果，预测出了可能产生的问题——超强台风即将登陆，西河水闸最高水位可能超过2.72m。这会导致西河水闸停电、液压启闭机无法运作。针对仿真系统所模拟预测的情况，提前采取针对性的措施，根据安全生产规范来进行操作，而且启动了备用电源，降低了自然灾害所带来的损失。而且计算机仿真系统还能提高计算的进度，不需要人工勘测，效率更是非常高。

4.7 GPS定位系统

在水利工程的信息化技术中，还包括了GPS定位系统，其也被称为全球定位系统（Global Positioning System）。GPS对于滑坡和变形、洪涝灾害的预测，起着非常重要的作用。比如在中顺大围水利工程中，通过GPS技术来对坝体变形进行了监控，具有一定的精度，自动化程度较强，能降低劳动强度，可随时进行动态性监控。根据GPS技术的监测结果，最后提出了拦蓄错峰的决策，降低了大堤的防汛压力，发挥出了防洪的作用。而且也将GPS技术应用在滑坡监测中，通过可视化的方式展现出水利工程的滑坡情况[6]。比如在开展中顺大围水利工程的滑坡监测时，借助GPS的高程监测，提高了精度和自动化程度。监测点平面位置精度达到了1.6mm，而高程精度甚至达到了1mm。

5 总结与体会

水利工程作为对民生有利的重要工程，不但可以提高水资源的利用率，而且能防灾害，减少成本的消耗，为管理决策提供所需要的依据。所以相关企业要建立信息基础平台，收集更多信息和数据，为水利工程的建设和管理提供信息支持，从而实现安全、质量和效益方面的目标。同时还要不断加强信息建设工作，发挥出水利工程的强大功效，创造更多的经济效益、社会效益。