大型水库工程信息化建设要点-天天热头条

[摘要]针对大型水库提出工程信息化建设总体框架，从信息采集、通信及安全、计算存储、数据资源、应用支撑、业务应用、信息基础环境等方面分别提出工程信息化建设内容、建设思路以及建设要点。

[关键词]大型水库；信息化；建设内容；建设要点

【资料图】

1大型水库工程信息化建设总体框架

大型水库工程信息化建设总体框架由信息采集、通信网络、信息基础环境、计算存储、数据资源、应用支撑、业务应用、网络安全体系、保障体系、用户等组成，框架图见图1。信息采集包括监测感知与工程自动化控制两大类，是信息化系统信息来源，也是监测控制终端，主要实现信息采集、预处理、控制功能。通信网络包括调度中心计算机网络以及站网间通信传输网络，是信息采集层与计算存储层之间信息上传和指令下达的载体。计算存储分自建云、水利云、政务云等多种模式，包括计算资源池、存储资源池、数据备份等内容，为工程信息化提供“算力”支撑。信息基础环境由大屏显示平台、视频会商平台、视频监控平台、机房环境等组成，是系统运行管理的周边环境，是信息化系统运行管理的基础。数据资源层包括数据资源和数据管理等，数据资源层通过汇聚采集获取的各类数据，统一进行标准化、规范化处理，为工程信息化提供“算据”。应用支撑包括通用基础支撑、通用专业支撑、水利专业支撑等，是数据与应用的桥梁，是实现应用系统之间、应用系统与其他平台之间进行信息交换、传输、共享的核心，为工程信息化提供“算法”支撑。业务应用包括水文测报、闸泵阀监控、防洪调度、工程安全监测管理等业务应用系统，是系统与用户信息交互的门户。网络信息安全是针对网络系统软硬以及数据的保护，使其不遭到破坏、更改、泄露，保障系统连续可靠运行的综合性措施，是水利工程信息化运行的安全保障。保障体系由标准规范体系、安全体系、建设运行管理机制、政策、投资、人才队伍等构成，是支撑水利工程信息化不断发展完善的基本保障。

2建设内容及要点

2.1信息采集

大型水库工程应建设水文监测、图像视频监控、工程安全监测、闸泵阀监控、避洪预警等信息采集站网，有条件的可适当开展遥感监测、地震监测、机电及金属设备在线监测、移动端信息采集，并借助新型监测手段提升工程运行期透彻感知能力。新建大型水库工程可配置水土保持监测、混凝土温控、施工环境监测，促进施工阶段工程建设管理。（1）水文监测。大型水库工程应在共享流域管理机构、地方水行政主管部门相关水文站网信息基础上，按照《水文站网规划技术导则》（SL34-2013）、《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL276-2002）等相关规范标准加密水文监测站网。水文监测站监测要素主要包括水位、流量、降水、泥沙、水质、墒情等。各大型水库工程在库区集雨面积每50km2配置不少于2处雨量站，坝区至少配置1处雨量站。重点雨量监测汛期宜每小时、降水时段宜每5min自动采集一组数据。水库大坝坝前、坝后流态平稳区域各设至少1处水位自动监测站。水位自动监测频次应不低于6min/次。水库入、出库建议配置流量监测。各水库工程应结合工程任务选择性开展其他要素监测，对于多沙河流上的水库工程，在排沙期间应开展出库含沙量监测，监测频次不少于1d/次；承担城镇供水任务的水库工程，应按环境保护设计要求设置水质监测设备；承担农业灌溉供水且分层取水的水库工程，应按环境保护设计要求对水库分层水温及出库水温进行实时监测；承担生态供水的水库工程应对下放生态流量进行监测。（2）图像视频监控。图像视频监控通过视频或图像等方式实现大坝、溢（泄）洪道、泄洪闸（洞）、水位尺、闸站主体和闸门、重要测流断面水域、易滑坡变形处等重要位置现场监控，普通位置实时视频信息存储时间不小于7d，重点位置实时视频信息存储时间不小于15d，站网布设按照《水利视频监视系统技术规范》（SL515-2013）等规范执行。工程视频宜与主要设备操作、报警、安防、电子围栏等联动。（3）工程安全监测。工程安全监测包括变形监测、渗流监测、应力应变监测、温度监测等常规监测，以及水力学监测、强振监测、环境量监测等专项监测。监测项目、监测精度、监测频次等按照《水利水电工程安全监测设计规范》（SL725-2016）等规范执行。（4）闸泵阀监控。闸泵阀监控主要实现控制性闸泵阀监控自动化管理所需的模拟量（电压、电流、压力、流速、流量、温度、油位）、数字量、电量、开关量等机组电气量等信息监控，站网布设按照《水力发电厂计算机监控系统设计规范》（DL/T5065-2009）等规范执行。水库防洪、发电、灌溉、过鱼、生态流量泄放、冲沙等关键控制性工作闸泵阀宜实现远程监控。涉及工控安全的设备实时监测控制信息应存储在工程自建的存储系统，不宜上传至水利云，更不能存储在公有云。（5）避洪预警。避洪预警通过预警广播、警示牌、卫星电话、水位监测预警设备等方式预警信息。易受洪涝灾害影响的乡镇、行政村、自然村、居民区宜配置必要的预警广播，外洪威胁村落宜配置水位监测预警设备。避洪预警参照《山洪灾害监测预警系统设计导则》（SL675-2014）、《山洪灾害预警设备技术条件》（SL762-2018）等规范执行。（6）遥感监测。遥感监测通过卫星遥感等方式辅助实现库区岸线监测、库区巡查、库区水质监测、库区淹没范围分析等大范围时空信息提取。遥感监测优先采用购买服务方式实现。（7）地震监测。坝高80m以上，库容1亿m3以上，距离水体边缘5km有活动断层通过或地震基本烈度Ⅷ度以上的水库需报地震工作主管部门确认是否建设专用地震监测台，地震监测站网布设按照《水库地震监测技术要求》（GB/T31077-2014）等规范执行。（8）机电及金属设备在线监测。机电及金属设备在线监测主要实现水轮机、发电机、水泵、电动机、调流阀、闸门等重要机电及金属设备安全运行相关的油、气、水、水力、振动、应力应变等信息监测。大型闸泵阀宜配置机电及金属设备在线监测，站网布设按照《水力水电工程机电设计技术规范》（SL511-2011）、《水电工程金属结构设备状态在线监测系统技术条件》（NB/T10859-2021）等规范执行。（9）移动端信息采集。移动端信息采集主要通过手持终端、无人机等手段实现信息移动采集与智能巡检。（10）施工监测。水库工程在建设过程中可选择性开展施工监测，主要包括施工环境监测、混凝土温度控制监测、水土保持监测等。施工环境监测主要实现施工期水环境监管所需的图像、视频、粉尘、噪音、有毒气体等信息监测。涉及地下洞室施工的工程，宜实时对地下洞室施工环境进行视频监控和安全监测，安全监测项目包括（但不限于）粉尘、毒害气体、地应力、放射性元素、环境温度、排（涌）水量等。混凝土温度控制监测主要实现水库等大体积混凝土温控管理所需的温度、应力应变等信息监测。水土保持监测主要实现水土保持所需的气象、水温、土壤要素、地形要素、径流泥沙、植被覆盖、集尘、风蚀等信息监测，站网布设按照《水土保持监测技术规程》（SL277-2022）等规范执行。（11）其他新型监测。有条件的大型水库工程可采用上述信息采集方式外的智能视频、无人船、地面机器人、水下机器人等新型监测手段提升水利工程管理活动的动态感知能力，满足工程管理对数据和信息在空间尺度、时间频次等方面的需求。

2.2通信及安全

2.2.1网络分区

大型水库工程通信网络宜划分为工控子网和业务子网，并可根据实际情况细分为实时控制区、过程监控区、信息管理区与互联网服务区等功能分区。各功能分区可结合实际情况，进一步划分网络出口区、交换区、生产区、控制区、安全管理区、计算存储区等管理子分区，以便于精细化网络与安全管理。实时控制区部署控制泵站、重要闸（阀）门等设施运行的系统、模块，过程监控区部署工控系统监测与管理系统、模块，信息管理区部署生产与业务管理应用，互联网服务器部署对互联网提供服务的系统。工程的工控子网和业务子网应采用物理上相互独立的网络设备组网，工控子网与业务子网之间应设置安全隔离装置。应尽可能将业务系统完整地置于一个安全分区内，当业务系统有跨安全分区通信要求时，应通过安全隔离设施通信。

2.2.2通信传输网络

应统筹各类监测、控制站网通信传输要求，结合信息传输需求、传输距离、通信传输资源现状等要求，按照《水利系统通信业务技术导则》（SL/T292-2020），通过方案比选，选择有线传输（自建光纤通信、租用公网通信）、无线传输（移动通信、卫星通信、超短波通信）等通信传输方式。管理机构之间大容量、远距离的通信传输应充分利用点对点专线、互联网专线等公共通信资源。大型水库工程信息化系统业务子网宜通过租用专线、自建光缆等方式接入广西水利信息网。库区内重要闸泵阀监控宜以自建光缆为主，距离较远的通过租用点对点专线连通。库区周边且布置密集的监测站网宜通过自建光缆统一传输，布置分散的监测站网宜以移动通信等形式传输，布置分散且站网间无遮挡的可采用超短波等方式自组网传输，无线信号较弱的区域可采用北斗短报文传输。重要水文监测、工程安全监测等站网应建设北斗短报文等应急通信措施，保障极端情况下信息报送和预警能力。采用北斗三号短报文通信的应向水利部有关部门提出申请，其通讯卡及通讯费均免费。重要工程关键通信网络及设备应采用供电备份、设备备份等冗余配置。

2.2.3网络信息安全

大型水库工程网络安全等级保护应按不低于第三级标准开展定级、备案、建设、测评。网络信息安全防护包括安全物理环境、安全通信网络、安全区域边界、安全计算环境、安全建设管理、安全运维管理等内容，应按照《信息安全技术网络安全等级保护安全设计技术要求》（GB/T25070-2019）、《水利网络安全保护技术规范》（SL/T803-2020）等文件要求确定防护等级，构建纵深防御、分层防护的网络信息安全防护体系。网络安全宜结合网络分区方案分区配置设备，网络分层间纵向加密、网络分区间横向隔离，网络出口区进行安全通信网络与安全区域边界防护，计算存储区进行安全计算环境防护，安全管理区进行安全建设管理与安全运维管理防护。

2.3计算存储

大型水库工程可通过自建机房配置计算存储资源设施，地方政策不允许自建机房的可将业务子网应用上水利云或政务云，工控子网应用仍通过自建实现。计算存储资源池宜选用具有兼容性、可扩展性的设备，并采用资源虚拟化管理，关键业务计算存储资源宜冗余配置。智能分析演示业务宜配置高性能计算、智能计算资源以及高分辨率显示设备。计算存储资源应在当前需求基础上预留冗余和发展空间，满足后续功能扩展升级需要。系统数据应进行本地数据备份，重要数据可进行异地数据备份。

2.4数据资源

大型水库工程数据资源建设应在共享自治区基础数据、监测数据、空间数据等基础上，充分利用工程设计施工图纸、建筑信息模型（BIM）等资料，建设工程数据资源体系。有条件的水库工程建议建设水利数据模型和水利数据引擎。水利数据模型包括水利数据模型和水利网格模型，数据引擎包括数据汇聚、清洗、转换、展示、计算、共享服务等。

2.5应用支撑

大型水库工程宜根据系统规模以及性能、功能需求，选择性配置应用支撑。一般大型工程配置通用基础支撑和水利专业支撑，有条件的可配置通用专业支撑。基础应用支撑包括但不限于操作系统、数据库系统、电子签章、工作流引擎、报表及图形服务、消息服务、地理信息平台、水利可视化平台等开发基础工具或通用商用软件。水利专业支撑主要包括但不限于水文模型、水力学模型、泥沙动力学模型、水利工程安全模型等机理模型、数理统计模型、混合模型。通用专业支撑包括但不限于遥感智能识别、视频智能识别、语音智能识别、知识平台等定制化智能识别与分析模型，可视化模型以及模型仿真引擎等。

2.6业务应用

各类水库工程需根据工程规模、管理需求以及工程投资情况，在充分开展需求分析的基础上确定业务应用建设内容及标准。大型水库工程应开展综合信息管理、水文测报、闸泵阀监控、工程安全监测管理、视频监控、防洪调度等基础应用建设，结合工程任务需重点针对防洪调度、工程安全监测管理加快构建具有“四预”（预报、预警、预演、预案）功能的应用体系。有条件的水库工程可建设工程管护、安全生产、应急管理、行政办公、工程门户、移动App等扩展业务应用，并可针对关键业务开展数字孪生建设。

2.7信息基础环境

大型水库工程宜采用集中监控模式，确有必要分区监控的可适当设置分控中心。集控中心宜配置大屏显示平台、视频会商平台、视频监控平台、机房环境等信息基础环境。视频会商平台应实现与上级水行政主管部门之间会商。机房环境参照《数据中心设计规范》（GB50174-2017），进行配电、机柜、空调、消防、照明、防雷等设计。

3结语

大型水库作为一项综合性的工程，各水库功能、布置以及管理结构均存在很大的差异，水库工程信息化建设需结合实际情况以工程安全为核心，按照“需求牵引、统筹集约、共建共享、迭代演进、先进实用、安全可控”原则建设。一般大型水库应实现关键业务“四预”，关键大型水库可开展建设数字孪生建设。此外，大型水库工程宜在上级水行政主管部门统筹下，兼顾考虑上下游、左右岸等周边地区水库工程信息化管理需求，共建计算存储、信息基础环境、网络安全体系等水库工程信息化系统。

作者：张廷强 周泽江 王皓 单位：广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司