馬立科

（甘肅省引洮工程建設(shè)管理局，730030，蘭州）

基于一體化管控的長距離調(diào)水工程運(yùn)行管理系統(tǒng)構(gòu)建

馬立科

（甘肅省引洮工程建設(shè)管理局，730030，蘭州）

結(jié)合甘肅引洮供水一期工程運(yùn)行管理信息化系統(tǒng)架構(gòu)，提出了長距離調(diào)水工程一體化管控系統(tǒng)設(shè)計思路與原則，研究了綜合管控系統(tǒng)體系架構(gòu)并分析了長距離調(diào)水工程中水量調(diào)度優(yōu)化、安全分析評估、智能化運(yùn)維管理等關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)針對大型綜合性水利工程一體化管控系統(tǒng)的深入研究提供了工程實(shí)例。

調(diào)水工程；一體化管控；運(yùn)行管理系統(tǒng)

甘肅省引洮供水一期工程是一項大型跨流域調(diào)水工程，工程自洮河九甸峽水利樞紐引水，由1條總長110.47 km的總干渠、3條總長146.18 km的干渠、2條總長47.02 km的城市供水專用管線與17條總長220 km的村鎮(zhèn)供水與農(nóng)業(yè)灌溉供水渠 （管）網(wǎng)構(gòu)成，旨在解決甘肅省中部定西、蘭州、白銀3市所轄6個縣（區(qū)）54個鄉(xiāng)鎮(zhèn)155萬人生產(chǎn)生活用水和19萬畝（1畝=1/15 hm2）的農(nóng)田灌溉問題。

引洮供水一期工程點(diǎn)多線長面廣，建筑物形式繁雜，受水對象時空分布不均，工程沿線地質(zhì)條件復(fù)雜多變，運(yùn)行調(diào)度與管護(hù)工作量大、難度高，工程采用無壓輸水方式，分水口眾多，渠、管沿線無調(diào)蓄設(shè)施，取分水調(diào)度控制難度大。引洮供水一期工程運(yùn)行管理信息化系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)包括閘閥監(jiān)控、水雨情測報、水力量測、水質(zhì)監(jiān)測及輸水建筑物安全監(jiān)測等多方面任務(wù)，工程運(yùn)行調(diào)度具有多因素影響的特點(diǎn)。如果采用傳統(tǒng)的現(xiàn)地手動控制或現(xiàn)地自動控制方式，現(xiàn)場所需管理人員數(shù)量龐大，渠系分水調(diào)度及操作無法同步，現(xiàn)場信息上傳和調(diào)度決策信息回饋過程較長，無法對輸水過程進(jìn)行實(shí)時控制，調(diào)度運(yùn)行效率低，可能產(chǎn)生新的運(yùn)行安全問題。

如何汲取以往水利工程閘泵監(jiān)控、水力量測、水雨情監(jiān)測、安全監(jiān)測等子系統(tǒng)條塊分割與體系架構(gòu)分散的經(jīng)驗教訓(xùn)，建設(shè)一套能夠統(tǒng)籌考慮供需調(diào)度多方面邊界條件且智能化程度相對較高的信息化系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)引洮供水一期工程高效化運(yùn)行管理、提高工程安全和經(jīng)濟(jì)效益的重大課題。

一、設(shè)計原則與設(shè)計思路

1.設(shè)計原則

結(jié)合引洮供水一期工程的特點(diǎn)，引洮供水一期工程運(yùn)行管理信息化系統(tǒng)必須建立現(xiàn)代化的調(diào)水工程調(diào)度管理體系，廣泛運(yùn)用通信、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測控、視頻語音、信息的綜合分析與管理、GIS等先進(jìn)技術(shù)，緊密結(jié)合工程運(yùn)行管理方案，及時、全面收集整個工程運(yùn)行工況，綜合分析處理相關(guān)信息，提高信息化、自動化管理技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)調(diào)水過程的自動化及供水的穩(wěn)定安全，保證工程安全高效的運(yùn)行，最大程度地滿足用水戶的需水要求，充分發(fā)揮工程的經(jīng)濟(jì)效益。

引洮供水一期工程運(yùn)行管理信息化系統(tǒng)是一項結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)難度大、功能眾多、涉及面廣的系統(tǒng)工程，在確保預(yù)期應(yīng)用效果的前提下，考慮資金、科技發(fā)展以及現(xiàn)行管理水平等客觀因素，遵循以下原則進(jìn)行設(shè)計：

①統(tǒng)一規(guī)劃。將信息化系統(tǒng)納入整個工程建設(shè)與管理的架構(gòu)中進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮閘控自動化、水情測報、安全監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、視頻圖像及動力環(huán)境監(jiān)控等各個專業(yè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)與交互。

②可靠先進(jìn)。在保證實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的前提下，盡可能采用先進(jìn)、成熟的現(xiàn)代信息技術(shù)，使其具有較好的先進(jìn)性和較長的生命周期，保證系統(tǒng)的開放性和兼容性，為系統(tǒng)技術(shù)更新、功能升級留有余地。

③功能完善。堅持以需求為導(dǎo)向，根據(jù)引洮供水一期工程運(yùn)行管理的實(shí)際需要，滿足工程調(diào)度、運(yùn)行管理、綜合辦公、決策支持等各項業(yè)務(wù)需求的同時，突出重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。

④統(tǒng)一開放。在標(biāo)準(zhǔn)體系支持下，為系統(tǒng)功能擴(kuò)展和適應(yīng)工程運(yùn)行后期的需求發(fā)展奠定基礎(chǔ)。為引洮供水二期供水工程運(yùn)行管理預(yù)留接口和容量，為各市縣負(fù)責(zé)分級管理的一期工程配套工程預(yù)留接口和容量。

2.設(shè)計思路

信息自動化系統(tǒng)的建設(shè)水平與質(zhì)量直接關(guān)系整個引水工程自動化與信息化的預(yù)期效果。傳統(tǒng)的長距離調(diào)水工程運(yùn)行管理主要依托計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和水情、安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，其中計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集、控制和存儲沿線各閘門的運(yùn)行信息，水情和安全監(jiān)測系統(tǒng)則反饋水量及工程建筑物的工情信息，結(jié)合各專業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，發(fā)揮調(diào)度決策支持功能，相應(yīng)的運(yùn)行人員僅關(guān)注閘門運(yùn)行和水位、流量信息，側(cè)重于工程安全控制運(yùn)行，對水資源的合理分配利用考慮不足，而水量調(diào)度人員更側(cè)重于用水需求計劃編制，考慮有限的邊界條件，而對實(shí)際運(yùn)行工情特性并未能充分考慮。

引洮供水一期工程綜合管理信息化系統(tǒng)項目的設(shè)計原則是要改變傳統(tǒng)調(diào)水工程運(yùn)行管理系統(tǒng)專業(yè)分散的模式，進(jìn)一步加強(qiáng)各模塊之間的協(xié)同優(yōu)化機(jī)制，打破傳統(tǒng)各專業(yè)建設(shè)的條塊分割現(xiàn)狀，研究公共的信息模型、標(biāo)準(zhǔn)通信、全景數(shù)據(jù)展示及業(yè)務(wù)集成管控等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一的一體化管控平臺。其次則是基于統(tǒng)一平臺，開發(fā)部署水量調(diào)度供需平衡的動態(tài)耦合機(jī)制，通過分類用戶水量運(yùn)行數(shù)據(jù)的積累、調(diào)度管理制度的完善、建筑物運(yùn)行狀態(tài)判別數(shù)據(jù)的形成，進(jìn)一步完善水量調(diào)度、工程運(yùn)行安全應(yīng)用模型體系，在此基礎(chǔ)上開發(fā)全面的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)水量調(diào)度及安全運(yùn)行等業(yè)務(wù)流程之間的交互提供支持，最終構(gòu)建適應(yīng)引洮供水一期工程實(shí)際業(yè)務(wù)流程的運(yùn)行調(diào)度管理體系。

二、總體架構(gòu)設(shè)計

一體化管控平臺是一種以水利公共模型、標(biāo)準(zhǔn)通信總線為基礎(chǔ)，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源管理、應(yīng)用支撐服務(wù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)為主體，面向服務(wù)的體系架構(gòu)。該平臺代替?zhèn)鹘y(tǒng)調(diào)水工程信息化系統(tǒng)中孤立異構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、工程安全監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)等，為調(diào)水工程提供同構(gòu)的信息化系統(tǒng)軟件平臺，解決傳統(tǒng)調(diào)水工程自動化系統(tǒng)中條塊分割，子系統(tǒng)接口繁多、集成難度大，部分設(shè)備重復(fù)投資，建設(shè)成本高，各子系統(tǒng)間信息共享程度低，整體運(yùn)行效率偏低，系統(tǒng)信息綜合性及深度挖掘應(yīng)用少，系統(tǒng)繁雜，對運(yùn)行維護(hù)人員要求高，難度大等各種工程建設(shè)、運(yùn)行、管理中的實(shí)際問題和弊端。通過工程總體數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全景業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)監(jiān)視，依托全面的基礎(chǔ)服務(wù)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)之間的友好互動，通過基于一體化管控平臺架構(gòu)基礎(chǔ)上的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一套系統(tǒng)滿足下屬各個科室業(yè)務(wù)流程的使用。

引洮供水一期工程的運(yùn)行管理信息化系統(tǒng)按一體化管控平臺架構(gòu)，在邏輯構(gòu)成上，包括應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)層（包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源管理平臺、數(shù)據(jù)采集及交換平臺），另外加上基礎(chǔ)測控系統(tǒng)、基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)（包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電源系統(tǒng)）、安全運(yùn)行體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、建設(shè)運(yùn)行維護(hù)管理體系、系統(tǒng)實(shí)體運(yùn)行環(huán)境等組成完整的一體化管控系統(tǒng)，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

引洮供水一期工程采用的一體化管控平臺融合了傳統(tǒng)的計算機(jī)監(jiān)控、水情測報、工程監(jiān)測系統(tǒng)等測控自動化系統(tǒng)的所有應(yīng)用功能，并在此平臺上實(shí)現(xiàn)全景WEB發(fā)布工程分析評估等各類信息應(yīng)用及專業(yè)應(yīng)用。

對該平臺而言，計算機(jī)監(jiān)控、水情測報、工程監(jiān)測等只是數(shù)據(jù)類型、應(yīng)用功能不同的應(yīng)用業(yè)務(wù)模塊，不再是傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)中各自獨(dú)立的系統(tǒng)，不再采用各自獨(dú)立的軟件平臺。各個業(yè)務(wù)功能模塊既可在同一計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，也可分布在不同的計算機(jī)上。采用一體化平臺能最大程度提高數(shù)據(jù)共享，減少運(yùn)行維護(hù)人員的工作量。通過一體化管控平臺的構(gòu)建，為運(yùn)行管理提供了統(tǒng)一的運(yùn)行支撐平臺，一方面，運(yùn)行調(diào)度值班人員可通過一體化管控平臺全面掌握工程全線的閘控、水情、安全監(jiān)測及各類工情信息，為優(yōu)化調(diào)度和水量控制提供全面、準(zhǔn)確的決策支持信息。另一方面，避免了工程信息化系統(tǒng)重復(fù)開發(fā)各類基礎(chǔ)應(yīng)用服務(wù)及可視化界面，大幅度降低了信息化系統(tǒng)構(gòu)建的難度，并可重點(diǎn)考慮各類智能化應(yīng)用功能組件的開發(fā)部署，以及各專業(yè)系統(tǒng)間交互的協(xié)調(diào)機(jī)制，使構(gòu)建復(fù)雜調(diào)水工程的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)變?yōu)榭赡堋?/p>

三、工程應(yīng)用分析

一體化管控平臺對信息化系統(tǒng)各類信息（數(shù)據(jù)）進(jìn)行規(guī)范、整合，對各類業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一化管理，可實(shí)現(xiàn)閘門監(jiān)控系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、工程安全監(jiān)測系統(tǒng)、動力環(huán)境監(jiān)控等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集與交互，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、備份與維護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)在一個平臺上多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一應(yīng)用，使系統(tǒng)的資料數(shù)據(jù)更好地實(shí)現(xiàn)共享和綜合應(yīng)用，避免信息資源的浪費(fèi)，有效減少了運(yùn)行維護(hù)人員投入。

1.采用一體化管控平臺架構(gòu)，可避免重復(fù)投資

傳統(tǒng)水利工程自動化系統(tǒng)的測控、水情、安全監(jiān)測、水質(zhì)等子系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，通信網(wǎng)絡(luò)、調(diào)度中心（分中心）平臺軟硬件均需分別配置，采用一體化管控平臺架構(gòu)后，上述各子系統(tǒng)可一次建設(shè)，調(diào)度中心（分中心）使用統(tǒng)一的軟硬件平臺，避免了計算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備的重復(fù)配置，大大減少了工程投資。

2.降低運(yùn)行管理人員勞動強(qiáng)度，提高工作效率

原有的水利工程自動化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)相互獨(dú)立，各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法得到有效交互共享，難以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間聯(lián)動操作，不利于統(tǒng)計分析整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)系，運(yùn)行管理人員不得不奔波于不同的子系統(tǒng)間，完成監(jiān)控操作，勞動強(qiáng)度大，容易引起疲勞操作。采用綜合管控系統(tǒng)后，少到一個工作站即可掌控全部子系統(tǒng)，操作簡便，不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息完全整合于一體，便于信息共享與交互，使不同系統(tǒng)間的聯(lián)運(yùn)操作更為簡便高效。管理人員不必在不同的子系統(tǒng)（監(jiān)視終端）間來回奔波，降低了勞動強(qiáng)度。而大部分繁瑣的聯(lián)動操作，如故障現(xiàn)場的視頻畫面切換確認(rèn)都能夠由系統(tǒng)聯(lián)動預(yù)案系統(tǒng)自動完成。

3.有助于降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高工程效益

得益于綜合管控系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺，在面對需要支持新的系統(tǒng)，或底層硬件設(shè)備出現(xiàn)變更或增加新系統(tǒng)時，可以在較短的周期內(nèi)，方便快捷地完成對新設(shè)備或新系統(tǒng)的接入。此外，由于統(tǒng)一平臺的技術(shù)，調(diào)度中心（各分中心）各子系統(tǒng)使用統(tǒng)一的軟硬件平臺，減少軟硬件配置，大大降低了軟硬件的維護(hù)成本。配置移動巡檢功能提高了工程巡檢管理的便捷性和工程效益。

4.有助于提高水利工程運(yùn)行管理水平及工程安全性

通過部署水量調(diào)度、工程安全分析與評估、事故應(yīng)急響應(yīng)、移動巡檢等多個高級應(yīng)用功能及決策支持系統(tǒng)，有助于提高工程運(yùn)行管理水平，減少能耗，增加經(jīng)濟(jì)效益；提高防洪抗旱能力，提升工程安全運(yùn)行水平，保證人民群眾生命財產(chǎn)安全；有助于節(jié)能減排，符合環(huán)保需要。

四、結(jié) 語

甘肅省引洮供水一期工程已進(jìn)入運(yùn)行階段。本次信息化系統(tǒng)方案的實(shí)施只是信息化建設(shè)的開始，在工程后期運(yùn)行管理的實(shí)踐總結(jié)中還需不斷地改進(jìn)和完善，建立一整套完整的、滿足實(shí)際需求的、能夠可靠高效運(yùn)行的工程運(yùn)行管理信息化系統(tǒng)才是最終目標(biāo)。

[1]芮鈞，等．基于一體化管控平臺的智能水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)構(gòu)建[J]．水電自動化與大壩監(jiān)測，2014（4）.

[2]胡少英，等．基于水電智能一體化管控平臺的水調(diào)自動化系統(tǒng)[J]．水電自動化與大壩監(jiān)測，2014（5）．

[3]高磊，等．智能水電廠一體化數(shù)據(jù)平臺設(shè)計[J]．水電自動化與大壩監(jiān)測，2012（36）．

[4]劉斌，等.美國長距離調(diào)水工程考察報告[J]．人民長江，1994（7）．

[5]王世玉．長距離大型調(diào)水工程供水目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[J]．水利建設(shè)與管理，2011（11）．

[6]孫建平，等．南水北調(diào)工程建設(shè)與運(yùn)行管理信息化初探[J]．南水北調(diào)與水利科技，2005（3）．

[7]陳進(jìn)，等．跨流域長距離調(diào)水工程的風(fēng)險及對策[J]．中國水利，2006（14）．

Construction of operation and management system for long distance water transfer by integrated control measures//

Ma Like

According to framework of information management system for the first stage of Water Transfer Project from Taohe River in Gansu Province,design principles are raised concerning operation and management system for long distance water transfer with integrated control measures.Studies have been made on framework of integrated operation and management system,as well as key technologies for optimization of water dispatch,safety evaluation and assessment,intelligent-based operation and maintenance management through long distance water transfer,which lays a foundation for in-depth study on integrated control of large water projects in the future.

water transfer project;integrated management and control;operation and management system

TV51

B

1000-1123（2017）12-0027-03

2017-04-24

馬立科，高級工程師。

責(zé)任編輯 楊 軼