水庫(kù)運(yùn)行管理信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

王京宇，于敬舟

（1．水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100038；2．中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

0 引言

水庫(kù)是調(diào)控水資源時(shí)空分布、優(yōu)化水資源配置、保障江河防洪安全的重要工程設(shè)施，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善不可替代的重要基礎(chǔ)設(shè)施。截至 2020年，我國(guó)已建成各類水庫(kù) 98 566座，其中大型水庫(kù) 774座，中型水庫(kù) 4 098座，小型水庫(kù) 93 694座[1]。

隨著水利進(jìn)入新發(fā)展階段，高質(zhì)量發(fā)展已成為水利工作的主題[2–3]。提升水庫(kù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化管理水平，建設(shè)水庫(kù)運(yùn)行管理信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)），是新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的重要體現(xiàn)，為建設(shè)具有“四預(yù)”功能的智慧水利體系提供基礎(chǔ)支撐。

當(dāng)前，水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)被普遍應(yīng)用于各級(jí)水行政主管部門的水庫(kù)管理業(yè)務(wù)工作中，已成為掌握水庫(kù)信息，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)全鏈條線上精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)信息資源整合共享，推動(dòng)信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合的重要抓手。部分省份建設(shè)有省級(jí)和地方水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)，支撐省級(jí)和地方的水庫(kù)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)工作及定制化功能需求[4–6]。

在分析各類、各級(jí)水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本研究以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)全鏈條線上精細(xì)化管理為目標(biāo)，從水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)理論方面，闡述系統(tǒng)建設(shè)的總體思路、架構(gòu)設(shè)計(jì)、主要內(nèi)容、保障工作等。

1 系統(tǒng)建設(shè)總體思路

1.1 明確目標(biāo)

水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)最終應(yīng)建成完整的水庫(kù)信息檔案數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具備全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)掌握區(qū)域內(nèi)水庫(kù)信息的功能，能夠進(jìn)行逐庫(kù)清單式管理，實(shí)現(xiàn)全鏈條線上精細(xì)化管理水庫(kù)運(yùn)行管理業(yè)務(wù)，為水庫(kù)安全管理和建設(shè)具有“四預(yù)”功能的智慧水利體系提供支撐。

1.2 統(tǒng)籌謀劃，分級(jí)負(fù)責(zé)

水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)不僅涉及本級(jí)部門的水庫(kù)業(yè)務(wù)，也關(guān)乎上下級(jí)部門的協(xié)同共享，是各級(jí)部門協(xié)同業(yè)務(wù)工作和共享水庫(kù)數(shù)據(jù)的中樞工具。水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)的建設(shè)需要各級(jí)部門統(tǒng)籌謀劃，分級(jí)負(fù)責(zé)，主要包括以下幾方面：

1）明確各方職責(zé)分工。從系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求、系統(tǒng)開發(fā)、運(yùn)行維護(hù)、數(shù)據(jù)管理等多方面明確職責(zé)分工。

2）建立數(shù)據(jù)管理機(jī)制。建立水庫(kù)信息審核機(jī)制，水庫(kù)管理單位、各級(jí)水行政主管部門分級(jí)審核，逐級(jí)上報(bào)；加強(qiáng)與能源、交通等大壩主管部門的溝通協(xié)調(diào)，完善水庫(kù)信息備案機(jī)制。

3）強(qiáng)化系統(tǒng)整合集中。整合區(qū)域內(nèi)各類水庫(kù)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，強(qiáng)化水庫(kù)數(shù)據(jù)歸口管理，保障水庫(kù)數(shù)據(jù)“一數(shù)一源”，“一盤棋”建設(shè)運(yùn)管系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)采用先進(jìn)的、科學(xué)的信息技術(shù)，搭建系統(tǒng)總體框架，盡可能避免短期內(nèi)的重復(fù)建設(shè)，為系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通常情況下，水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)架構(gòu)主要包括 B/S 和 C/S 模式，自下而上由采集層、網(wǎng)絡(luò)層、基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、功能層和應(yīng)用層構(gòu)成。根據(jù)水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)的管理體制及特點(diǎn)，一般從業(yè)務(wù)需求分析入手，梳理出系統(tǒng)的總體業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)程序， 并確定系統(tǒng)各種業(yè)務(wù)功能。系統(tǒng)功能主要包括綜合展示、一張圖、業(yè)務(wù)應(yīng)用、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)、系統(tǒng)管理等幾大部分。水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)常規(guī)總體框架如圖1所示。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符應(yīng)嚴(yán)格遵守現(xiàn)行國(guó)家、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和相關(guān)技術(shù)要求。

圖1 水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)常規(guī)架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)主要內(nèi)容

3.1 水庫(kù)信息檔案

建立區(qū)域內(nèi)全部水庫(kù)信息檔案是水庫(kù)運(yùn)行管理信息系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)。水庫(kù)信息檔案主要涵蓋水庫(kù)基本和業(yè)務(wù) 2 類數(shù)據(jù)，其中基本數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)信息、水庫(kù)水文特征、管理體制、建筑物、建設(shè)信息、工程圖片，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括大壩安全責(zé)任人、防汛“三個(gè)責(zé)任人”、責(zé)任人培訓(xùn)、安全鑒定、病險(xiǎn)水庫(kù)、病險(xiǎn)水庫(kù)安全度汛、除險(xiǎn)加固、監(jiān)測(cè)設(shè)施、調(diào)度規(guī)程（方案）、應(yīng)急預(yù)案等。

建設(shè)水庫(kù)信息檔案的過(guò)程從水庫(kù)管理單位到各級(jí)水行政主管部門，包括填報(bào)、審核、復(fù)核等多道流程。監(jiān)管各級(jí)水行政主管部門及水庫(kù)管理單位的數(shù)據(jù)填報(bào)、審核、復(fù)核過(guò)程，對(duì)水庫(kù)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保水庫(kù)數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確，是保障水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)有效發(fā)揮信息化管理功能的關(guān)鍵。

建立完善的水庫(kù)信息檔案并不是一蹴而就的，需要各級(jí)部門通力合作，協(xié)同發(fā)揮作用，采取多種方法和手段逐步提升水庫(kù)信息質(zhì)量。比如：1）在前期收集水庫(kù)信息的基礎(chǔ)上，開展水庫(kù)信息責(zé)任單位全面復(fù)核。2）組織監(jiān)管單位分片負(fù)責(zé)水庫(kù)信息監(jiān)管，通過(guò)智能電話方式，以病險(xiǎn)水庫(kù)為重點(diǎn)，逐庫(kù)對(duì)水庫(kù)安全度汛有關(guān)重點(diǎn)信息進(jìn)行抽查復(fù)核。3）對(duì)于水庫(kù)信息監(jiān)管、抽查工作中發(fā)現(xiàn)的信息質(zhì)量問(wèn)題，建立問(wèn)題臺(tái)賬，實(shí)施銷號(hào)管理。

3.2 數(shù)據(jù)管理體系

水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)在建設(shè)和使用過(guò)程中應(yīng)從用戶、權(quán)限、質(zhì)量、安全等諸多方面，全方位建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理體系，實(shí)施制度化、體系化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，明確管理權(quán)責(zé)，確保數(shù)據(jù)匯集和使用的全過(guò)程安全。數(shù)據(jù)管理體系主要包括以下內(nèi)容：

1）系統(tǒng)用戶體系方面。建議水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)采用分級(jí)負(fù)責(zé)制，分為水利部、省、市、縣和水庫(kù)管理單位共 5 級(jí)，依據(jù)系統(tǒng)水庫(kù)使用范圍可擴(kuò)減層級(jí)數(shù)量。

2）賬號(hào)權(quán)限管理方面。按照業(yè)務(wù)權(quán)限、管理需求的不同，在保證數(shù)據(jù)安全的前提下，各級(jí)分設(shè)超級(jí)管理員、業(yè)務(wù)管理員、查詢用戶等，支撐上下級(jí)和內(nèi)外部協(xié)同共享、分級(jí)負(fù)責(zé)的管理需求。

3）數(shù)據(jù)質(zhì)量保障方面。水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)應(yīng)建立覆蓋各級(jí)水行政主管部門和水庫(kù)管理單位的信息填報(bào)、審核、復(fù)核等三級(jí)審核機(jī)制，堅(jiān)持“誰(shuí)復(fù)核誰(shuí)負(fù)責(zé)、誰(shuí)審核誰(shuí)負(fù)責(zé)”原則，明確專人對(duì)水庫(kù)信息嚴(yán)格核實(shí)把關(guān)，確保水庫(kù)信息質(zhì)量。

4）信息安全監(jiān)管方面。水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)開發(fā)有統(tǒng)計(jì)、查詢和分析等應(yīng)用功能，使用過(guò)程涉及數(shù)據(jù)的提取、調(diào)用，系統(tǒng)內(nèi)外部應(yīng)用也牽涉互聯(lián)互通、信息共享的過(guò)程，因此應(yīng)從系統(tǒng)底層架構(gòu)、安全等保制度等方面建立嚴(yán)格的數(shù)據(jù)監(jiān)管體系，保障數(shù)據(jù)安全，確?！耙粩?shù)一源”。

3.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能

目前，各級(jí)水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)功能開發(fā)基本都涵蓋有水庫(kù)基本和業(yè)務(wù) 2 類數(shù)據(jù)的匯集和分析模塊，包括一張圖、水庫(kù)基本數(shù)據(jù)、大壩安全責(zé)任人、防汛“三個(gè)責(zé)任人”、責(zé)任人培訓(xùn)、安全鑒定、病險(xiǎn)水庫(kù)、病險(xiǎn)水庫(kù)安全度汛、除險(xiǎn)加固、監(jiān)測(cè)設(shè)施、調(diào)度規(guī)程（方案）、應(yīng)急預(yù)案、降等報(bào)廢、隱患排查、體制改革、日常巡檢、確權(quán)劃界等業(yè)務(wù)范疇。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)按照高效、實(shí)用、精準(zhǔn)的原則，完善查詢、統(tǒng)計(jì)、管理、展示等功能，優(yōu)化展示界面，提升用戶體驗(yàn)感，增強(qiáng)系統(tǒng)的合理性、易用性和實(shí)用性。

3.4 水庫(kù)數(shù)據(jù)應(yīng)用

建立水庫(kù)信息檔案、開發(fā)水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)的最終目的是為各級(jí)水行政主管部門和水庫(kù)管理單位的水庫(kù)安全管理工作提供支撐服務(wù)。典型的數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)包括：

1）結(jié)合水庫(kù)和氣象、水情等信息，將預(yù)警信息直達(dá)病險(xiǎn)水庫(kù)防汛“三個(gè)責(zé)任人”。

2）為各業(yè)務(wù)部門工作需要提供水庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)，以及水庫(kù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、資金預(yù)算分配、監(jiān)督檢查、防汛會(huì)商等業(yè)務(wù)。

3）平臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)接口，為同級(jí)各類業(yè)務(wù)和上下級(jí)水庫(kù)管理系統(tǒng)同步共享水庫(kù)數(shù)據(jù)。

3.5 進(jìn)階智能化應(yīng)用

在確有需求、經(jīng)費(fèi)充裕、各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)齊全且各方面條件允許的情況下，可結(jié)合自身情況，積極拓展水庫(kù)數(shù)據(jù)的使用范圍，深層次挖掘數(shù)據(jù)應(yīng)用，深入融合信息技術(shù)和水利業(yè)務(wù)，強(qiáng)化數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)在水庫(kù)管理業(yè)務(wù)中的應(yīng)用研究[7–8]，提升智能化應(yīng)用水平。例如：

1）建設(shè)智慧感知體系，整合接入雨水情、安全監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等信息，構(gòu)建工程運(yùn)行安全評(píng)估預(yù)警、工況視頻智能識(shí)別、工程險(xiǎn)情識(shí)別、工程風(fēng)險(xiǎn)診斷等功能，全力提升智能分析、預(yù)測(cè)、評(píng)估能力，提升水庫(kù)管理水平。

2）研發(fā)水庫(kù)智能監(jiān)管技術(shù)。利用 GIS，BIM，遙感，水利工程數(shù)字孿生等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水庫(kù)水體面積和水位、居民地、農(nóng)作物等洪災(zāi)信息的應(yīng)急監(jiān)測(cè)分析，水庫(kù)病險(xiǎn)問(wèn)題位置點(diǎn)快速定位，以及除險(xiǎn)加固工程進(jìn)度全景、全過(guò)程監(jiān)管，為水庫(kù)監(jiān)管指揮決策提供科學(xué)、直觀的輔助決策支撐。

3）開發(fā)工程安全智能巡檢功能。有效降低巡查人員的工作量，提高水庫(kù)巡檢和管理的智能化水平，實(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的智能統(tǒng)計(jì)分析、巡檢圖像自動(dòng)識(shí)別統(tǒng)計(jì)等功能，全面提升巡檢質(zhì)量和覆蓋面，為各水庫(kù)維護(hù)和檢修提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

4 系統(tǒng)保障工作

4.1 強(qiáng)化信息共享

積極推進(jìn)本級(jí)與同級(jí)各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)、上下級(jí)水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，避免信息阻隔、信息孤島。實(shí)現(xiàn)“一數(shù)一源，同源共享”，避免數(shù)據(jù)重復(fù)收集。深度融合各級(jí)系統(tǒng)，整合已建，統(tǒng)籌在建，規(guī)范新建，推進(jìn)業(yè)務(wù)應(yīng)用共建共用，實(shí)現(xiàn)資源集約利用，避免系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)。堅(jiān)持“運(yùn)管系統(tǒng)集中頂層共需，各地系統(tǒng)發(fā)揮特色優(yōu)勢(shì)”，在統(tǒng)籌建設(shè)的基礎(chǔ)上，整合典型應(yīng)用，不斷優(yōu)化完善。

4.2 加強(qiáng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)多元應(yīng)用

水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)應(yīng)作為開展水庫(kù)運(yùn)行管理工作的主要依據(jù)，提升系統(tǒng)的使用率和權(quán)威性。積極拓展水庫(kù)數(shù)據(jù)的使用范圍，充分發(fā)揮運(yùn)管系統(tǒng)作用，為水庫(kù)管理和安全度汛等工作，以及數(shù)字孿生水利工程建設(shè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，提高綜合分析和決策支持能力。

4.3 加強(qiáng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理

規(guī)范水庫(kù)信息管理工作，明確水庫(kù)信息管理責(zé)任、管理要求、信息更新頻次、監(jiān)督管理措施等，形成統(tǒng)一的水庫(kù)信息填報(bào)、審核、管理、更新機(jī)制。

全面落實(shí)安全管理責(zé)任。按照“誰(shuí)管業(yè)務(wù)、誰(shuí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全，誰(shuí)管運(yùn)維、誰(shuí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)安全”的原則，業(yè)務(wù)主管和運(yùn)維單位各司其職，切實(shí)履行好維護(hù)運(yùn)管系統(tǒng)安全的責(zé)任，加強(qiáng)人員管理，落實(shí)管理制度，規(guī)范數(shù)據(jù)使用，強(qiáng)化應(yīng)急處置。

5 結(jié)語(yǔ)

水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)是支撐水庫(kù)業(yè)務(wù)全鏈條線上管理的重要工具，是提高水庫(kù)安全運(yùn)行管理能力和效率、保障水庫(kù)安全運(yùn)行的有效手段。本研究從系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論方面概述了水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)建設(shè)的總體思路、架構(gòu)設(shè)計(jì)、主要內(nèi)容、保障工作等，可為各級(jí)水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)建設(shè)提供理論參考。若要充分發(fā)揮水庫(kù)運(yùn)管系統(tǒng)在水庫(kù)業(yè)務(wù)管理中的作用和價(jià)值，建議研究者在強(qiáng)化上下級(jí)協(xié)同共享、確保水庫(kù)信息完整準(zhǔn)確、擴(kuò)大系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍等方面深耕厚植，加強(qiáng)新一代信息技術(shù)與水利運(yùn)行管理業(yè)務(wù)的深度融合，瞄準(zhǔn)系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵核心問(wèn)題，組織優(yōu)勢(shì)力量協(xié)同攻關(guān)，全面提升水庫(kù)管理信息化程度。