引水工程运行管理决策支持系统设计与实现_陈华

中国自古以来 就 是 一 个 水 利 大 国，为 造 福 人 民，修 筑 了 大量的引调水工程，如著名的都江堰 引 水 工 程 和 引 湘 江 水 入 珠江水系的灵渠工程等［１］。建国后，由 于 我 国 淡 水 资 源 分 布 不均，我国已经有 计 划 地 进 行 调 水 工 程 规 划 和 建 设，如 已 建 成 的 东 深 供 水 工 程［２］、引 滦 入 津 工 程［３］、引 黄 入 晋 工 程［４］、甘 肃的 引 大 入 秦［５］和 引 黄 济 青 工 程［６］、正 在 建 设 的 “南 水 北 调 ” 中线和东线工程和规划建设的 西 线 工 程［７］。 目 前，引 水 工 程 在我国水资源战略布局中已经发挥了重要作用。引水工程 与常规的水利水电枢纽工程不同，具 体 表 现 在：首 先，引 水 工 程呈 线 状，地 形 复 杂，管 道 线 路 长；其 次，引 水 工 程 建 筑 物 类
水 利 管 理 ·１３７·
第１０卷 总第６０期·南水北调与水利科技·２０１２年第３期
引 水 工 程 的 信 息 化 管 理 建 设 也 在 逐 步 展 开 。 ［９－１４］ 贾 嵘 等［９］ 以西安黑河引水工 程，设 计 和 实 现 了 引 水 工 程 实 时 调 度、管 理 、决 策 支 持 系 统 。 孙 建 平 等 探 ［１２］ 索 了 南 水 北 调 工 程 建 设 和 运 行 决 策 支 持 系 统 。 彭 虹 针 ［１３］ 对 引 水 工 程 的 特 点 ，对 引 水工程安全监测及其自动化进行了深入的分析和设计。王 琦等 为 ［１４］ 提 高 中 线 工 程 运 行 调 度 的 信 息 管 理 水 平 ，开 发 了 基于 ＷｅｂＧＩＳ 的南水北 调 中 线 干 线 工 程 调 度 运 行 的 管 理 平 台。在分析引水工程特点和前人工 作 的 基 础 上，本 文 将 针 对 吉林省引嫩入白工程，利用利用先 进 的 信 息 采 集、通 信 网 络、 传感、空间及计算机控制处理技术，建 设 一 套 集 信 息 采 集、监 控、调度运行管理、水 量 配 置 于 一 体 的 现 代 化 引 水 工 程 调 度 运行管理决策支持系统。
陈 华１ห้องสมุดไป่ตู้王 亚 键２，马 绍 忠１，２，杨 斌１，２
（１．武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉 ４３００７２； ２．吉林丰元科技发展有限公司，长春 １３２０１３）
摘要：引水工程是我国水资源战略调配的重要举措，在我国 水 资 源 调 配 已 经 或 将 发 挥 重 要 作 用 ，引 水 工 程 的 信 息 化 建设将促进和提高引水工程运行管理水平。在分析引水工 程 特 点 及 其 运 行 管 理 需 求 的 基 础 上 ，应 用 先 进 的 信 息 采 集、通信网络、空间和计算机控制处理技术，对引水工程运行调度管理决策支持系统进行分析设计，以吉林省引 嫩 入 白引水工程为例，进行应用实践。通过应用表明，该系统运 行 稳 定，界 面 友 好，提 升 了 引 水 工 程 水 利 信 息 化 水 平 ，充 分发挥了引水工程的效益。 关 键 词 ：引 水 工 程 ；运 行 管 理 ；决 策 支 持 系 统 ；引 嫩 入 白 中 图 分 类 号 ：ＴＶ６８ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－１６８３（２０１２）０３－０１３７－０５
２．Ｊｉｌｉｎ ＦｅｎｇＹｕａｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３２０１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｒｅ ｖｉｔａｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｎｄ ｐｌａｙ ａ ｋｅｙ ｒｏｌｅ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃａｎ ｅｎｈａｎｃｅ ｉｔｓ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ ｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｉｔｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｋｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｗｅｓｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ， ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒ－ ｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｒｏｍ Ｎｅｎ Ｒｉｖｅｒ ｔｏ Ｂａｉｃｈｅｎｇ Ｃｉｔｙ ｉｎ Ｊｉｌｉｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｒｕｎ ｓｔｅａｄｉｌｙ ａｎｄ ｈａｓ ａ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｅｎｈａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｍａｋｉｎｇ ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍ；ｗａｔｅｒ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ｆｒｏｍ Ｎｅｎ Ｒｉｖｅｒ ｔｏ Ｂａｉｃｈｅｎｇ Ｃｉｔｙ
收 稿 日 期 ：２０１２－０２－０９ 修 回 日 期 ：２０１２－０５－０２ 网 络 出 版 时 间 ：２０１２－０５－２４ 网 络 出 版 地 址 ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１３．１３３４．ＴＶ．２０１２０５２４．１４０６．０２５．ｈｔｍｌ 基 金 项 目 ：水 利 部 “９４８”项 目 （２００９２７） 作 者 简 介 ：陈 华 （１９７７－），男 ，福 建 建 瓯 人 ，副 教 授 ，主 要 从 事 水 利 信 息 化 研 究 。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｕａ＠ｗｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｍａｋｉｎｇ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ
ＣＨＥＮ Ｈｕａ１，ＷＡＮＧ Ｙａ－ｊｉａｎ２，ＭＡ Ｓｈａｏ－ｚｈｏｎｇ１，２，ＹＡＮＧ Ｂｉｎ１，２ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；
２ 系 统 设 计
引水工程运行管理决策支持系统主要是基于工程运行 信息化的决策支持管理。系统软件 架 构 设 计 为 多 层 结 构 ，主 要包 括：通 讯 系 统 层、网 络 系 统 层、数 据 汇 集 层、数 据 库 管 理 层、应用支撑服务平台层、具体应用 实 现 层，系 统 总 体 结 构 图 如图１所示。
１．２ 引 嫩 入 白 引 水 工 程 业 务 需 求 分 析
根据引嫩入白引水工程的特点，其 运 行 管 理 调 度 决 策 支 持系统的需求分析内容包括数据需求分析和功能需求分析。
１．２．１ 数 据 需 求 分 析
引嫩入白引水工程运行管理调度决策支持系统主要是针 对引水工程运行 调 度 信 息 化 管 理 应 用 的 支 撑，其 相 关 信 息 管 理主要包括：基础数据、空间数据和属性数据。基 础 数 据 包 括 水文水资源数据、水利工程相关数据和社会经济基础 数 据 等； 空间数据包括地理信息空间数据库和节点与计算单元空间拓 扑关系库；属性数据主要是相对空间数据库而言的，它 一 般 可 以用二维表的形式存储数据，如灌区社会经济数据、水 情 监 测 站 点 基 本 信 息 、监 测 断 面 信 息 和 水 情 、汛 情 统 计 数 据 等 。
１．２．２ 功 能 需 求 分 析
引水工程运 行 信 息 化 管 理 是 一 项 综 合 性 的 系 统 工 程。 引嫩入白工程的信息化建设需要建立覆盖引嫩入白供水工 程全线的网络工程，提 供 数 据 传 输、语 音 通 讯 的 完 整 运 行 平 台；需要实现引嫩 入 白 供 水 工 程 全 线 自 动 控 制，实 现 自 动 化 的水 资 源 调 度；需 要 实 现 灌 溉 自 动 化 、智 能 化，如 五 家 子 灌 区，合 理 用 水、节 约 用 水；实 现 工 程 管 理 信 息 化、用 水 管 理 信 息化、灌溉管理信息化、水费征收信 息 化 等，并 建 设 统 一 的 对 外门户，实现信 息 服 务 窗 口。 综 合 以 上 功 能 需 求 分 析，系 统 应集成实现数据采集、数据接收整理、水 情 信 息 实 时 监 测、专 业模型分析计算、设 备 实 时 运 行 监 控 管 理、设 备 稳 定 性 观 测 分 析 和 工 程 建 筑 物 安 全 稳 定 性 监 测 、分 析 管 理 等 。
１ 系 统 需 求 分 析
１．１ 引 嫩 入 白 引 水 工 程 介 绍
引嫩入白引水 工 程 是 以 城 市 供 水、农 业 灌 溉 为 主，同 时 兼顾为莫莫格湿地补水的综合利用水利工程。工程水源为 嫩江，工程取水口位于镇赉 县 丹 岱 乡 政 府 东 北 ２５００ ｍ，洋 沙 泡调节水库可以在 非 灌 溉 期 从 嫩 江 引 水，蓄 存 到 洋 沙 泡，在 灌区泡田期进行灌溉供水补偿，并且 保 证 城 市 冬 季 ５ 个 月 的 城市供水量。为满足城市供水需求，在 洋 沙 泡 水 库 南 侧 的 高 地处设洋沙泡泵站，泵站出口接压 力 管 道，管 道 经 白 音 河 村、 跨二龙涛河（河宽１ｋｍ）、后 五 家 子、大 五 家 子、英 华 乡、前 二 龙、后抱太来、西石头、经六合春到达 位 于 镇 赉 县 建 平 乡 和 镇 赉县城间的镇赉加压泵站。管线自镇赉加压泵站出口经东 洋营 子、前 青 龙、后 青 龙、复 兴 屯 进 入 白 城 市 郊 区，经 永 胜 村 到达白城市近郊于家屯附近的配水池。