陳 陽 ，董寧澎 ，王 彪

（1．水利部南水北調(diào)規(guī)劃設(shè)計管理局，北京 100038；2．中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；3．北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100038）

0 引言

南水北調(diào)工程事關(guān)戰(zhàn)略全局、長遠發(fā)展、人民福祉。南水北調(diào)東線和中線工程分別從長江下游和丹江口水庫引調(diào)水，以實現(xiàn)我國水資源南北調(diào)配、東西互濟的合理配置格局。東線工程已于 2013年建成通水，中線工程已于 2014年12月12日建成通水，目前東、中線工程在緩解受水區(qū)城市，農(nóng)業(yè)，生態(tài)用水矛盾，遏制生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化，促進地區(qū)社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，社會和生態(tài)效益顯著[1]。

目前南水北調(diào)工程已由施工建設(shè)階段逐漸過渡到工程運維階段，工作重點已轉(zhuǎn)向工程精細化管理，信息化系統(tǒng)的有效建設(shè)能夠大大提高工程管理效率[2]。中線和東線各管理單位目前主要建有東線山東段、江蘇段[3]、蘇魯省際段，中線干線、水源工程，湖北引江濟漢工程等六大調(diào)度運行管理系統(tǒng)，在水量調(diào)度、工程巡查、設(shè)施設(shè)備運維、水質(zhì)突發(fā)應(yīng)急等方面發(fā)揮著重要作用。習(xí)總書記在南水北調(diào)后續(xù)工程高質(zhì)量發(fā)展座談會上強調(diào)：“要從守護生命線的政治高度，切實維護南水北調(diào)工程安全、供水安全、水質(zhì)安全。要繼續(xù)加強東線、中線工程的安全管理和調(diào)度管理，強化水質(zhì)監(jiān)測保護，充分發(fā)揮調(diào)水能力，著力提升工程效益”。因此，為了更好地服務(wù)于南水北調(diào)工程的安全和調(diào)度管理，實現(xiàn)橫縱向之間數(shù)據(jù)的監(jiān)測、實時分析、共享及質(zhì)量保障尤為重要。

1 研究方法

通過對數(shù)據(jù)的共享可有效提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，打破數(shù)據(jù)壁壘，加強數(shù)據(jù)有效利用。本研究通過對現(xiàn)有的南水北調(diào)工程信息系統(tǒng)情況進行逐個摸底，梳理信息資源共享現(xiàn)狀，進行業(yè)務(wù)系統(tǒng)和核心業(yè)務(wù)梳理，提出南水北調(diào)東、中線工程監(jiān)管和生產(chǎn)數(shù)據(jù)需求。

1.1 現(xiàn)場座談

對中線建管局等南水北調(diào)工程的 5 個運行法人單位信息化管理部門通過座談的方式進行交流，內(nèi)容包括：被調(diào)研單位的信息系統(tǒng)建設(shè)、運行與管理的現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)采集、存儲、分析及對外共享的現(xiàn)狀，核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流動情況，本單位內(nèi)部及上下級間的數(shù)據(jù)流動情況，數(shù)據(jù)共享需求，數(shù)據(jù)庫建設(shè)與維護現(xiàn)狀等。

1.2 資料收集

收集的資料包括各主要業(yè)務(wù)和監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典等說明、相關(guān)數(shù)據(jù)共享技術(shù)等文檔或管理文件。

1.3 資料分析

對座談和資料收集獲得的信息進行分析，梳理主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)情況，分析核心業(yè)務(wù)，并進行共享的數(shù)據(jù)需求分析。

2 系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)分析

數(shù)據(jù)的共享建立在業(yè)務(wù)需求之上，通過對南水北調(diào)工程六大調(diào)度運行管理系統(tǒng)進行梳理，得出其核心業(yè)務(wù)主要有水量調(diào)度、防汛、水生態(tài)環(huán)境、工程等管理，核心業(yè)務(wù)分析圖如圖 1 所示。

圖1 南水北調(diào)工程調(diào)度運行管理系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)分析圖

2.1 水量調(diào)度管理

主要對調(diào)水情況進行監(jiān)控管理，根據(jù)水量需求，制定合理的水量分配方案，并根據(jù)雨水情、工情等實時信息下發(fā)調(diào)度指令至閘和泵站等進行調(diào)水。包括調(diào)水計劃編制與評價、日常調(diào)度管理和應(yīng)急調(diào)度管理 3 個部分。

2.2 防汛管理

防汛管理需要從流域、?。ㄊ校┓姥床块T獲取交叉河流的洪水預(yù)報信息，另外主要需要通過水利部水文氣象部門獲取交叉河流的水文氣象信息，不足部分通過流域、?。ㄊ校┧块T獲取。管理的主要內(nèi)容是防洪工作，根據(jù)防洪需求，編制防汛調(diào)度方案及防汛應(yīng)急預(yù)案；根據(jù)洪水形勢，下達調(diào)度指令至工程，進行防汛調(diào)度，對防汛應(yīng)急事件進行處置和評估。包括防汛預(yù)警、調(diào)度和應(yīng)急 3 個管理部分。

2.3 水生態(tài)環(huán)境管理

水生態(tài)環(huán)境管理業(yè)務(wù)，需要從上游單位處獲取關(guān)鍵斷面環(huán)境監(jiān)測因子、水質(zhì)級別的評價結(jié)果及水污染應(yīng)急事件的相關(guān)信息。主要是對工程沿線水質(zhì)情況進行監(jiān)控和管理，對水污染進行處置，保障供水水質(zhì)安全，包括水質(zhì)監(jiān)測評價和水污染應(yīng)急管理 2 個部分。

2.4 工程管理

包括工程安全運行[4]和維護 2 個管理部分，主要保障水閘、泵站、渡槽、渠道、涵洞、隧洞、倒虹吸等水利工程設(shè)施的安全運行。

3 數(shù)據(jù)需求分析

在海量數(shù)據(jù)中找到最具價值的數(shù)據(jù)進行分析計算才具有意義，數(shù)據(jù)共享可以通過建立系統(tǒng)化、規(guī)范化、標準化的數(shù)據(jù)管理流程，技術(shù)，模式和體系，解決資源規(guī)劃、質(zhì)量管理、開放共享、安全合規(guī)及服務(wù)應(yīng)用等方面的問題，以體系化的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的可得、可用、好用，充分發(fā)揮南水北調(diào)工程信息資源共享在創(chuàng)新管理、調(diào)度運行中的重要作用。

由南水北調(diào)的核心業(yè)務(wù)和其水利對象產(chǎn)生了業(yè)務(wù)類、監(jiān)測類、基礎(chǔ)類 3 類數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)資源的邏輯劃分如圖 2 所示。

圖2 南水北調(diào)工程數(shù)據(jù)資源邏輯劃分

3.1 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是南水北調(diào)工程核心業(yè)務(wù)所需要的和業(yè)務(wù)過程中所產(chǎn)生的信息，包括防汛、水量調(diào)度、水生態(tài)環(huán)境和工程安全等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)內(nèi)容如表 1 所示。

表1 業(yè)務(wù)類數(shù)據(jù)

3.2 監(jiān)管數(shù)據(jù)

監(jiān)管部門需要對南水北調(diào)工程的日常運行、水質(zhì)、工程安全、水量調(diào)度、應(yīng)急響應(yīng)等進行監(jiān)管。數(shù)據(jù)來源于在線和非在線監(jiān)測終端采集，有些更新頻率很高的數(shù)據(jù)，包括雨水情、水資源、水環(huán)境和工情監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別對應(yīng)防汛、水量調(diào)度、水環(huán)境和工程安全等核心業(yè)務(wù)。具體監(jiān)管內(nèi)容如表 2 所示。

表2 監(jiān)管類數(shù)據(jù)

3.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是各種更新頻率較低的數(shù)據(jù)，可以在很長一段時期內(nèi)不發(fā)生變化。按照數(shù)據(jù)對象和獲取部門分，包括基礎(chǔ)水文、空間地理數(shù)據(jù)，以及水利工程、社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀

當前，面向水利精細化管理和業(yè)務(wù)協(xié)同需求，南水北調(diào)工程數(shù)據(jù)的共享不僅需要各運行管理單位內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享，也需要運行管理單位與沿線地區(qū)之間開展關(guān)于地理、雨水情、社會信息等共享實踐。

4.1 對內(nèi)共享

南水北調(diào)中線工程通水以來，供水量持續(xù)增長，水質(zhì)穩(wěn)定達標，已經(jīng)成為沿線城市供水的生命線。管理單位高度重視內(nèi)部的數(shù)據(jù)開放共享和共同治理，在南水北調(diào)中線干線工程自動化調(diào)度與運行管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)中線一張圖，推進智慧中線項目建設(shè)，大幅度提升了數(shù)據(jù)資源互聯(lián)互通和工程管理現(xiàn)代化精細化水平。

南水北調(diào)中線干線工程管理單位完成了近200 項制度標準的編制修訂，在梳理建立運行管理直接相關(guān)專業(yè)業(yè)務(wù)名錄的基礎(chǔ)上，完成近 500 項業(yè)務(wù)的梳理和 30 個關(guān)鍵業(yè)務(wù)的流程圖繪制，推進了制度標準的表單化、流程化。中線水源供水信息共享已具備流程數(shù)據(jù)來源[5]，具有較好的共享基礎(chǔ)，若建立起從源頭到水廠的水質(zhì)信息共享機制，將能更好地保障供水安全。

4.2 對外共享

4.2.1 北京市南水北調(diào)中線水質(zhì)信息共享平臺

實現(xiàn)了水利部門之間數(shù)據(jù)的縱向共享，水利、環(huán)保、衛(wèi)生等涉水部門之間水質(zhì)數(shù)據(jù)的橫向共享，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了源水、供水、排水水質(zhì)的成果會商，水質(zhì)預(yù)警，統(tǒng)計分析，報表生成，信息發(fā)布等[6]，建立了水質(zhì)監(jiān)管部門的信息共享機制，形成一套完整的水質(zhì)監(jiān)測、預(yù)警、發(fā)布體系，提升了水資源管理水平，為首都供水、水環(huán)境安全提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。

4.2.2 河北省南水北調(diào)工程防汛搶險聯(lián)動體系

為提高洪水預(yù)警預(yù)報水平，建立了深層次、多方面的防汛業(yè)務(wù)協(xié)同合作機制，通過搭建信息聯(lián)絡(luò)共享平臺，及時全面地交換沿線氣象站降水量、上下游主要河流、水庫的徑流與水位變化等實時水雨情形勢，建立了雨水情信息資源共享、重大調(diào)度決策相互通報、抗洪搶險協(xié)調(diào)聯(lián)動、防汛聯(lián)絡(luò)、防汛物資調(diào)用保障等 5 個方面的防汛搶險聯(lián)動體系。

4.3 存在問題

南水北調(diào)工程數(shù)據(jù)的共享工作進行了初步的探索與嘗試，但距離為構(gòu)建智慧水利體系所要求的“提升水情測報和智能調(diào)度能力”提供數(shù)據(jù)支撐還有一定差距，存在的問題有如下幾點：

1）缺乏完整的共享數(shù)據(jù)來源。目前尚未建成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)治理體系，各信息系統(tǒng)分散部署，不能集中工程全線數(shù)據(jù)。由于東線各調(diào)度管理系統(tǒng)分別由不同的運行管理單位負責，部署分散，站在整個南水北調(diào)東線工程的角度，尚沒有統(tǒng)一的調(diào)度和數(shù)據(jù)平臺，尚未建成統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)開放共享體系。

2）缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準。目前南水北調(diào)工程統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源目錄尚未完全建成，對于已實現(xiàn)的運行管理數(shù)據(jù)的內(nèi)部共享，現(xiàn)有數(shù)據(jù)標準尚未完全統(tǒng)一。

3）數(shù)據(jù)橫縱向共享水平有待進一步提高。當前，工程各段尚未完全實現(xiàn)信息資源的互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)孤島仍然存在；已實現(xiàn)共享的數(shù)據(jù)多在南水北調(diào)中線三級管理機構(gòu)內(nèi)部流通使用，尚未完全實現(xiàn)對上級機構(gòu)、科研單位、受水單位、公眾等發(fā)布和共享，同時工程的運行管理機構(gòu)不能完全獲得工程沿線的水文、氣象等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)共享程度有進一步提高的空間。

5 結(jié)語

5.1 結(jié)論

目前，南水北調(diào)工程的六大調(diào)度運行管理信息系統(tǒng)，在多年的建設(shè)運行過程中，圍繞業(yè)務(wù)場景生產(chǎn)了大量信息資源，這些信息資源涉及水庫、渠道、斷面、節(jié)制閘、泵站、河流、湖泊等各類水利對象的上千節(jié)點，具有數(shù)據(jù)量大、覆蓋面廣、種類多樣的特點，在水量調(diào)度、工程維護、安全度汛、水質(zhì)突發(fā)應(yīng)急等方面發(fā)揮了重要的數(shù)據(jù)價值，大大提高了工程供水保障和精細化運管能力，共享實踐已取得了一定成果。然而，各調(diào)度運行管理系統(tǒng)由各個法人單位獨立運行，自成體系，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源規(guī)劃，存在數(shù)據(jù)孤島，數(shù)據(jù)的采集與使用依賴于不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，缺乏統(tǒng)一標準和共享機制[7-8]。

5.2 建議

為了進一步促進南水北調(diào)工程數(shù)據(jù)資源共享，推進數(shù)據(jù)資源的有效利用，提出以下建議：

1）建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準規(guī)范。目前南水北調(diào)工程信息資源的現(xiàn)狀尚未厘清，規(guī)范化標準化程度不足，下一步可根據(jù)《水利信息資源共享管理辦法（試行）》和《水利信息資源目錄編制指南（試行）》建立南水北調(diào)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)范標準，設(shè)置合理的類目，并保障數(shù)據(jù)的一致性、準確性、完整性、規(guī)范性。

2）建立數(shù)據(jù)的更新整編機制。主管部門按照“一數(shù)一源，及時更新”原則建立數(shù)據(jù)的更新整編機制，及時組織維護更新水利信息資源，定期更新發(fā)生改變的基礎(chǔ)水利信息，并對數(shù)據(jù)進行校核。同時要遵循“一源多用”原則，在數(shù)據(jù)化精細管理的同時大幅提高信息數(shù)據(jù)的利用率，滿足數(shù)據(jù)共享需求。

3）建立數(shù)據(jù)共享機制。統(tǒng)籌建立南水北調(diào)信息資源共享管理和評價機制。對于無條件共享類的水利信息資源，可通過水利信息基礎(chǔ)平臺提供共享服務(wù)；對于有條件共享類的水利信息資源，可通過提出申請的方式獲得數(shù)據(jù)；同時通過建立評價體系激勵與促進數(shù)據(jù)共享的成效。

4）保障網(wǎng)絡(luò)安全。制定更加精細、有效的安全策略[9]。隨著網(wǎng)絡(luò)攻擊的手段及方法日趨復(fù)雜化、多樣化，應(yīng)進一步增強網(wǎng)絡(luò)安全防御能力，全方位地感知網(wǎng)絡(luò)安全事態(tài)，及時引入最新的網(wǎng)絡(luò)安防技術(shù)[10]，定期更新病毒庫防范網(wǎng)絡(luò)病毒[11]，同時要規(guī)范網(wǎng)絡(luò)安全管理制度，嚴格區(qū)分內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)的使用，定期對工作人員進行培訓(xùn)以增強其網(wǎng)絡(luò)安全意識，按要求進行網(wǎng)絡(luò)安全等級保護[12]定級、備案，為數(shù)據(jù)共享提供網(wǎng)絡(luò)安全保障。

5）保障數(shù)據(jù)安全。數(shù)據(jù)共享的重中之重是保障數(shù)據(jù)安全，建議嚴格控制數(shù)據(jù)訪問，對共享信息采集、存儲、共享、交換、提供和使用全過程采用適合的身份認證[13-14]方式進行訪問權(quán)限控制，對重要的信息資源進行加密和備份。

6）針對南水北調(diào)工程數(shù)據(jù)共享領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析、挖掘等方面開展后續(xù)研究，適當借鑒美國的國家級數(shù)據(jù)共享網(wǎng)絡(luò)平臺 USGS 網(wǎng)站，歐洲的 EEA，ETC/WTR，EIONET 等相應(yīng)的水利信息共享平臺[15]的成功經(jīng)驗，按照“需求牽引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，推進算據(jù)、算法、算力建設(shè)，構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧南水北調(diào)體系，切實提高工程信息化、智慧化、精細化管理水平，最大程度發(fā)揮工程綜合效益，保障經(jīng)濟社會環(huán)境的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。