市县级水库大坝信息化监管平台建设研究

何向阳;杨明化;高大水;尚斌

【摘 要】为提高水库尤其是中小型水库的规范化管理水平,弥补水库现场管理单位技术力量不足,实现市县水库管理机构对所管辖水库的有效安全监管,通过分析市县级水库管理机构的业务管理现状、信息化管理需求,采用统一的系统架构和平台,基于标准的行业数据库表结构,研发了市县级水库大坝信息化监管平台,并提出了针对不同水库管理单位已建各类信息化系统的异构数据资源的整合共享方案.通过该平台,水库主管部门可掌握所管辖水库的运行动态、安全情况以及业务管理执行情况等,使各水库处于在控状态,推进水库管理的现代化.相关成果可为市县级水利信息化建设提供参考.

【期刊名称】《人民长江》 【年(卷),期】2018(049)021 【总页数】5页(P99-103)

【关键词】水库大坝;县级水库管理机构;大坝监管平台;水利信息化 【作 者】何向阳;杨明化;高大水;尚斌

【作者单位】国家大坝安全工程技术研究中心,湖北 武汉430010;长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉430010;国家大坝安全工程技术研究中心,湖北 武汉430010;长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉430010;国家大坝安全工程技术研究中心,湖北 武汉430010;长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉430010;国家大坝安全工程技术研究中心,湖北 武汉430010;长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉430010

【正文语种】中 文 【中图分类】TP391

截至2013年，我国拥有各类水库98 002座，总库容9 323.12亿m3。其中大型水库756座，占比0.8%；中型水库3 938座，占比4.0%；小型水库93 308座，占比约95.2%[1]。我国的水库数量巨大，分布广泛，并且以中小型水库为主。由于建设条件、运行管理人员、资金、观念等多种因素限制，水库实际管理工作中存在监测设施设置不完善，管理粗放、手段落后，维修养护不及时，主管部门缺乏有效手段进行监管等问题，为工程的安全运行埋下了隐患[2-3]。

针对上述问题，国内外水行政主管部门已从管理体制、法律法规、技术标准等方面做了大量工作以提高水库大坝的安全管理水平[4-7]。但市县级主管部门缺乏有效的手段来及时掌握水库的运行动态，督促运行管理人员按规范开展水库大坝的观测、运行维护和日常管理等。 1 信息化建设现状

自2003年《全国水利信息化规划》(“金水工程”)发布以来，在2011年度中央一号文件以及水利信息化十一五、十二五规划等政策的引导和促进下，信息技术与水利行业的融合不断深化，水利信息化业务覆盖的广度和深度不断扩展，信息技术在防汛抗旱、水资源利用、水利工程建设与管理以及水利行政管理等领域发挥的作用愈加明显，有力推进了传统水利向现代水利的转变[8-10]。但其中面向市县级水库大坝安全管理的信息化建设仍相对落后，虽然国内一些市县开展了信息化建设的尝试[11-14]，相对于国家、省市级而言其信息化建设水平差距很大。但市县级主管部门是我国水利管理机构中非常重要的一环，要承担数以千百计的水库的监管、信息收集、统计上报等工作，对信息化管理系统的需求非常迫切，但限于资金等原

因，往往是使用国家、省级水行政主管部门建设的信息化管理系统，这些系统一般不能根据市县级的实际进行定制，导致适用性较差，功能不实用等问题突出。同时，由于历史原因，市县级所管辖的水库大多已建有信息化系统，这些系统由不同供应商实施，数据结构不一，导致数据共享性差，整合难度大。因此，建设功能实用、专业性强、扩展性好的市县级水库大坝监管平台，实现水库各类数据资源统一整合和共享，指导水库的运行管理，将成为市县级水库大坝主管部门的工作重点。 2 管理机制、业务分析

我国的水库管理实行从中央到地方分级分部门负责的管理体制，以防洪、灌溉、供水等公益任务为主的水库一般由水利部门管理，以发电为主要任务的水库一般由电力部门管理。现行水库管理机构设置大体可分为国家级/省级/市县级水行政主管部门以及水库运行管理单位，管理职责分别为行政管理和运行管理。各级防汛抗旱指挥机构按照管理权限负责水库汛期的防洪调度指挥和监督。本文的重点研究对象是水利部门管理的水库，面向的水库管理机构是市县级水行政主管部门和水库运行管理单位，详见图1所示。

(1) 市县水行政管理部门。市县级主管部门主要负责指导所管辖各水库大坝以及直管水库的建设与运行管理。其信息化管理业务主要为：① 负责组织、指导辖区内水库运行管理工作；② 组织水库大坝注册登记、大坝安全鉴定和蓄水安全鉴定工作；③ 组织、指导水库大坝安全监测系统建设与管理，督促相关水库管理单位对所管辖的有预警或隐患信息的水库进行处理；④ 查询、查看管辖范围内水库的基本信息、实时监测数据和巡检数据、运行报告、水库管理单位的台帐等。 图1 水库管理层级及业务示意Fig.1 Sketch of reservoir management level (2) 水库运行管理单位。水库运行管理单位具体负责水库各项业务的执行，并按上级部门要求将各类监测信息以及存在的问题上报，是系统各个功能的主要使用人员，其用户的主要职责包括：① 负责所管理的水库安全运行管理；② 编制并执行水库

调度方案；③ 及时掌握、处理、传递水情和水库运用等信息，与上级主管部门建立水情自动测报信息系统；④ 负责工程的巡视、检查、观测，上传巡检记录，开展相关观测及技术资料收集、整编、汇总、分析及归档工作；⑤ 负责维修养护水利工程及附属设备、设施，编写维修养护方案，上报、实施等。 3 系统框架及技术方案 3.1 系统总体框架

从市县水行政主管部门的信息化管理需求出发，遵循技术先进、经济合理、安全适用、满足维护使用等要求，兼顾与上下级管理部门、相关单位的互联互通进行总体方案设计，构建市县水库安全监管统一平台，实现市县级水行政主管部门对全市水库安全运行的统一监管。根据市县级水库主管部门的管理范围，本系统的建设范围初定为1 500座水库。系统总体包括水库大坝现场管理层级、市县管理层级两部分，详见图2。其中水库大坝现场管理层级主要是依托于部署在各个水库大坝现场的水雨情测报、大坝安全监测专业采集子系统，通过数据交换平台或人工上报，根据水库的规模及大坝的类型，将各类监测数据报送到市县管理层级数据库。 市县管理层级主要由数据库、应用支撑平台以及业务应用等组成。

系统用户包括管理员、专业管理员以及一般用户，涉及水库运行管理单位和上级主管部门等管理层级。

图2 系统框架示意Fig.2 Sketch of systems framework

业务应用功能包括首页、基本信息、水雨情、安全监测、综合管理以及系统管理，各业务功能模块需与相应的专业子系统进行数据整合以及成果共享。

应用支撑平台主要为业务应用提供基础类服务，主要包括数据整编、预警分析、报表服务、日志服务等。

系统的数据库包括基础数据库(基础地理、水库基本信息、测点考证信息等)、监测数据库(气象数据、水雨情数据、大坝安全监测数据、巡检数据、视频数据等)、综

合数据库(维修养护、管理考核以及系统管理等)。 3.2 开发技术方案

根据需求分析以及总体框架设计，经综合考虑，系统基于.NET平台、B/S模式(浏览器/服务器模式)进行构建，采用分层式、模块化思想进行系统研发。系统的技术方案如图3所示。

前端开发：HTML5、CSS3、Jquery等。 服务器端开发技术：ASP.NET MVC、 C#等。 ORM框架：Dapper。 版本管理：Visual SVN。 数据库：SQL Server 2012。

运行环境： Windows Server、IIS、.Net Framework等。

图3 系统开发技术示意Fig.3 Sketch of system developing technology 4 数据资源整合与共享

为满足市县级水库大坝信息化监管平台建设的数据需求，根据水利资源整合相关要求及方案[15-18]，需要梳理水库运行管理单位、市县水行政主管部门及同级机构的各类数据资源，实现现有数据资源的整合、共享，同时健全数据标准规范体系，形成标准统一、数据规范、充分共享的数据库，达到水库管理的数据集中存储、统一数据来源、统一数据使用的目标。 4.1 数据库建设方案

目前，市县级水库管理相关的数据资源分散存储在不同区域、不同单位，为实现数据资源的整合与共享，需要将相关数据资源进行梳理、集中，初步建设“统一数据中心”，为水库的统一监管提供数据支撑。因此，为了能让各类分散数据资源有效集中，在充分利用国家和行业现行相关的数据库表结构及标识符标准的基础上，根据水库管理业务应用系统开发需求进行系统数据库建设，形成一个统一标准的数据

库。

我国已经制定了一些水库管理业务相关的数据库表结构及标识符标准，其中主要包括：基础水利信息数据库表结构《水利工程建与管理数据库表结构及标识符》(SL700-2015)、业务数据库表表结构《实时雨水情数据库表结构与标识符》(SL323-2011)、《基础水文数据库表结构及标识符标准》(SL324-2005)、《历史大洪水数据库表结构及标识符》(SL 591-2014)、《实时工情数据库表结构及标识符》(SL 577-2013)、《大坝安全监测数据库表结构及标识符标准》(DL/T 1321-2014)等。基于以上标准数据库表结构进行设计，为各类监测数据的上报、系统各模块间以及与外部系统间的数据共享、系统集成以及后续系统扩展等提供统一标准，大大降低因不同厂家采用不同的标准而带来的数据集成难度。

针对水利行业中尚未制定标准的数据库表及标识符标准，根据业务功能开发需求遵循《水利信息数据库表结构及标识符编制规范》(SL478-2010)进行自行设计。 4.2 数据交换方案

一般而言，市县级水管单位所管辖的水库数以千百计，各类大中型水库往往已建成基本的监测信息采集系统，原有的各种监控系统存储着大量的历史数据，由于各监测系统的开发平台、数据库表结构多种多样，为解决数据通讯问题，需研究一套满足主流仪器生产厂家、通用性强的数据交换服务，实现信息系统业务数据的整合，详见图4。

针对以上问题，本文研发了一种基于Web的可配置、可视化的数据交换方案，可快速地实现数据源表之间的快速增量同步、一致性同步等，实现对监测数据的抽取、清洗和写入等操作。该数据交换方案具有以下特点：支持方便地配置多个数据源及目标数据库；适用于多种类型的数据库系统；能够对非标准数据库编写适配器进行数据交换；可对数据流转过程进行管理和监控等。 图4 数据交换示意Fig.4 Sketch of data exchange

4.3 数据共享服务方案

根据市县级水库主管部门信息化建设需求，该平台开发了数据交换、Web服务共享等方式开放数据，为相关的应用系统提供业务数据。其中，数据交换方式主要是通过配置数据交换流程，定时自动将数据资源推送给需求方；服务共享方式则是将数据资源封装成Web服务，需求方通过请求该服务获取所需数据。 5 主要业务功能

该监管平台的功能覆盖工程检查、安全监测、调度运行、维修养护等业务，根据水库运行管理单位、市县水行政主管部门的不同用户权限，各用户业务功能和管理不尽相同。系统功能项简要介绍如下。 5.1 基本信息

通过本模块管理人员可以对所管辖的所有水库进行综合查询，统计汇总以及查看水库的详细信息，支持按水库所在行政区域、水库的规模以及水库任务等多种方式对水库进行分类统计。其中，水库的详细信息主要包括基本概况、水文特征、工程特征、工程图档、调度规程、应急预案等综合信息。 5.2 实时信息

实时信息主要用于对水库的水情、雨情、工情、视频监控、工程检查等内容实时监视，以掌握水库的运行动态。

(1) 雨量统计。可按行政区域、统计时段自定义查询的降雨量、累积雨量，各雨量站降雨过程柱状图及数据表，并可显示查询时间段内查询区域的雨量站数、最大值、雨情强度统计等。

(2) 水情统计。可自定义查询各水位监测点的历史数据，查询结果以过程线、列表进行显示，并可显示查询时间段的最大值、最小值等统计值。查询结果可按时间、距预警值的范围进行排序。

(3) 安全监测。默认以列表方式展示所有布设安全监测仪器的水库大坝的最大变形、

最大渗流、最大渗压、最大应力的实时测值信息。

(4) 视频信息。查看当前视频监控的实时影像信息。若限于网络带宽等限制，可查看监控点的实时图像信息，并实现实时获取图像功能。对于无法获取实时视频的水库，提供以图片信息的方式查看水库的实时状态。

(5) 气象信息。通过接口服务调用气象局相关数据，为业务管理人员提供天气短期预报、卫星云图、雷达回波图等气象实时信息。 5.3 运行管理

运行管理功能模块的开发目标是满足水库管理人员掌握所管辖水库的注册登记、安全鉴定、除险加固、水库年报等信息。

(1) 工程检查。根据土石坝、混凝土坝规范对工程检查，对水库的日常巡查、汛前检查、年度检查以及特别检查进行查询分析，对于巡检执行情况进行统计汇总，以掌握水库的实际执行情况，并可以查询详细的巡检记录情况。 (2) 维修养护。默认以列表的方式，展示各水库的维修养护计划。

(3) 注册登记。用于掌握已成水库注册登记的完成情况，可按行政区划统计汇总各个区县的水库注册登记信息，督促相关单位完成注册登记。

(4) 安全鉴定。根据水库的最新一次安全鉴定时间，对水库的安全鉴定情况进行统计汇总，并依据《水库大坝安全鉴定办法》自动分析其下次拟进行安全鉴定的时间。对于已经逾期的水库管理单位，督促相关区县主管部门组织开展安全鉴定。 (5) 除险加固。默认以列表的方式，统计用户所管辖水库的除险加固统计信息，支持查看病险水库除险加固录入资料的详细情况。

(6) 调度运行。用于水库调度管理相关的综合信息查询，包括水库的年度控制运用计划、水库调度规程、防汛抢险应急预案、防汛值班人员等。 5.4 系统管理

系统管理功能模块用于配置管理，主要包括用户管理、权限管理、角色管理、水库

管理、日志管理等。 6 结 语

随着水利信息化的不断推进，面向市县级等区域性水库管理机构的信息化资源整合、共享以及监管业务应用的建设需求将日益迫切。本文研发的市县水库大坝信息化监管平台可有效满足以上需求，适用于市县水行政管理部门对所管辖的水库进行统一监管，具有良好的推广应用价值。 参考文献：

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