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1小型水库动态监管预警系统
1.1系统组成
四川省小型水库动态监管预警系统，采用多通道水库动态监控装置技术、声波水位计、声波雨量计、高性能防雷技术、无线通信技术（2G，3G）、卫星通信技术、三维地理信息系统等高新技术，可以实时采集和传输水库水位、雨量、气温、图像、大坝安全等信息。系统由信息采集与传输、多线程接收和信息管理及预警等3部分子系统组成。
1）信息采集与传输子系统。该子系统由声波式水位计及其安装配套设备、声波式雨量计、摄像头、温度计、气压计、大坝安全工情采集设备、无线传输模块、电源电路及智能主控机构成。
2）多线程信息接收子系统。该子系统能同时接收多套信息采集与传输子系统传来的数据（多个水库或水电站的数据），进行解密、校验等处理后，自动将数据存储到系统后台目录或数据库，便于其他应用系统调用。
3）信息管理及预警子系统。该子系统对众多水库的各类数据进行管理、查询和显示。用户可使用电脑通过IE浏览器查看本地区所有水库的运行情况，也可以查看单个水库的各类信息。系统还具有自动报警机制，水库一旦出现问题（如库水位超过防汛限制水位或低于死水位、大坝安全隐患等）系统将自动报警，并会将报警信息发送到相关人员的手机上。
1.2系统特点
水库预警系统将水库信息采集硬件与后台基于GIS的信息管理及预警系统软件集成于一体；系统兼容中国移动、中国联通、中国电信、北斗卫星4种通信方案，具有一点多发、后台服务器同步，实现县、市、省、流域、部委等多级多部门数据同步共享；同时，该系统充分考虑成本因素，将产品价格控制在水管单位的承受范围之内。通过该系统，可以实时监督病险水库除险加固施工现场，实时监测水库的水情、雨情和工情。发生紧急情况时，系统可根据水库实时水位的高低及降雨量的大小，分级别向不同的对象（管理员、管理站长、局长、政府首长等）发出预警信息。
1.3设备安装
对于水库动态监管预警系统的现场安装，主要采取搭建1个4～5m高的水泥或金属竖桩，竖桩上安置安装架、摄像头、雨量计及其智能主控机等设备的方式。安装位置可选择坝端、溢洪道进口等关键部位。
2水库信息化试点建设实践
2.1试点建设背景
近年来，四川省旱洪灾害频发，尤以洪灾损失严重，每年都要发生10多次强降雨过程，而且几年内接连遭受“5.12”汶川8.0级特大地震和“4.20”芦山7.0级强烈地震袭击，水库安全管理形势十分严峻。目前，大中型水库经过多年除险加固，预警系统等信息化建设已较完备和通畅，但小型水库则由于数量多而分散，管理和预警设施还存在很大差距。四川省小型水库普遍缺乏大坝安全观测、水情测报和防汛抢险预警设施；加之大多数小型水库地处偏僻山区，日常管理成本普遍偏高而水平较低，难以及时、准确掌握工程运行状况，为水库安全埋下隐患。为加强小型水库防洪抗旱减灾能力建设、提高水库管理工作效率和决策水平，借助信息技术手段为支撑，实现对水库水雨情、工情等的实时监控，优化管理模式，创新管理手段十分必要。
2.2试点建设范围
为改变四川小型水库管理信息化水平滞后的现状，提高应急处置能力，四川省农田水利局于2011年8月开始开展小型水库动态监管预警系统试点建设工作。考虑试点地区的典型性和急需性，首批选取暴雨洪灾和干旱灾害频发的川东、川中、川南三大片区中山区、丘陵、平原3种类型地貌的小型水库上试点，试点工程具体为自贡、南充、达州、巴中和眉山等5个市29个县（市、区）的465座小型水库（绝大多数为正在进行除险加固的小型病险水库）。
2.3试点建设进展
按照试点计划，首批试点的465座水库已于2013年12月底前全部完成预警系统的安装建设。同时，除首批重点试点的465座小型水库外，四川省成都、泸州、广元、遂宁、内江、乐山等地也于2012年起积极开展小型水库动态监管预警系统建设。据统计，截至2015年7月，全省已完成动态监管预警系统安装并实现系统正常运行的水库已有1333座，还有大量水库正在安装或正在招标采购系统设备。
2.4手机APP的开发与使用
随着我国水利现代化建设的推进，许多地区提出“智慧水利”、“信息水利”的发展目标。2013年，四川还结合小型水库动态监管预警系统的建设进行了手机APP的开发和使用，委托系统研发单位开发了基于Android，IOS这2套水库监管系统PDA（掌上电脑、智能手机）应用。其主要功能是能够通过智能手机对全省小型水库实时信息进行监控，实现水库基础信息查询浏览，水库实时数据、实时图片的查询显示等功能，为水库管理、防汛抗旱等工作提供移动化管理工具，极大地提高了水库实时信息传递的实效性和便捷性。目前，系统手机APP软件已在四川水库管理人员中广泛使用，受到了一致好评。
2.5试点建设成效
已完成预警系统试点建设的水库，经过1～3个汛期的试运行，总体性能稳定，能及时掌握水库水雨情和实时现场图像，为水库防汛保安提供决策依据。其主要成效有：
1）可实时掌握水库最新信息。预警系统每15min自动更新一次水位、雨量、蓄水量等数据及水库图片资料，遇强降雨等险情时系统自动提高数据更新速度，可每5min更新一次，还可即时召测。图像监视界面水库排序采取水位危险度法，即按当前水位与汛限水位的差值和坝顶高程与当前水位的差值比做为危险系数排序；还可根据超汛限水位程度及降雨量多少排序。各级管理人员能够及时掌握水库基础资料、运行管理现状、安全隐患、水位危险度等情况，实现水库的实时管理，有助于完成国家防总《关于加强水库实时信息报送工作的通知》提出的实现水库实时报汛的要求。
2）水库管理更加便捷。各级水库管理人员均可通过电脑或手机随时随地查看水库的运行情况。水库一旦出现超蓄等安全隐患或低于旱限水位运行，系统可自动将报警信息发送到相应人员的手机上。
3）显著降低水库管理成本及人员劳动强度。以往水库管理人员了解水库的情况，或通过电话逐级询问（用时多），或开车加步行前往水库（费用大），或通过实地查看、测量等方式（耗精力）。现在安装了预警系统的水库，通过电脑或手机即可查阅所需信息，显著降低了管理成本，提高了工作效率。
4）增强了水库管理人员的安全意识。在预警系统试点地区，水库工程主管部门的工作人员已形成了上班后首先打开电脑或是手机查看所管辖水库最新运行情况的习惯，发现安全隐患，当即询问查实并解决。
3信息化实践的经验和思考
3.1系统改进建议
四川省依托小型水库动态监管预警系统进行的信息化试点建设实践，以满足水库业务应用需求为牵引，紧紧围绕水库工作实际，积极反馈各地试点的应用效果和改进建议，不断完善和开发系统业务应用新功能，以提升工作效率和管理水平。为了与时俱进地帮助水库管理单位解决实际工作难题，实现系统的“有用”、“能用”、“好用”，对小型水库动态监管预警系统的改进建议如下：
1）增加监测点，实现夜间图像采集。鉴于系统目前所安装的均为固定方向摄像头，不能从多角度对水库进行观测，且系统成像清晰度有时欠佳，特别是系统在夜间没有光线的情况下不能对水库进行观测、拍摄。下一步可对图像采集部分进行升级改进，同时增加串口摄像头数量，能从多地点、多角度对水库大坝、溢洪道、库内水位进行观测；同时，可增设红外线装置或以补光的方法，提高夜间图像采集清晰度。
2）对防汛重点水库升级为全天候视频监测。鉴于视频监测用电功耗大，数据流量也大，系统运行成本较高，所以目前系统采集的仅是间隔一定时间的图片，无法全天候显示水库实时动态图像。下一步可对不同等级水库区别对待，如对防汛重点水库，可以使用视频监测，对其他一般小型水库可改进系统实现雨量加报功能，做到雨量强度大或水位上升幅度大的时候自动拍照传回图片，做到真正意义的动态监管。
3）变查警为自动报警。该预警系统主要以中国移动、联通、电信等通信运营商网络传送数据。建议系统研发单位、水库管理单位与通信运营商3方协商合作，实现系统监测出险情后自动报警。即系统可根据水库实时水位的高低、降雨量的大小，分级别向不同的水库安全管理责任对象（水库管理人员、水库主管部门责任人、地方政府责任人等）发出预警信息。
4）提高系统采集信息的精度和代表性。水库常用的信息采集设备有大坝安全信息、雨量、水位、流量、温度等多类型的感知和监测设备，实现对涉水基础信息的采集、控制问题。系统研发单位可应用新型传感器，不断提高采集信息的精度，加大和优化传感器的安装密度能够提高采集信息的代表性。
5）因库制宜，加强专用子系统的建设。对具有供水、发电、旅游、养殖、航运等不同功能的水库，可增加建设相应的专用子系统，如建设水库水质监测、供水（灌溉）管理、发电数据采集、水利旅游管理、水产养殖管理等子系统。水库管理信息子系统建设要依据水库规模、坝型、功能、位置、管理实际需求和信息技术管理能力，科学构建系统框架，合理选用子系统，因库制宜，确保充分发挥效益，不造成资金和资源浪费。
3.2加强系统管护保障的思考
小型水库工程管理信息化的实现途径，就是合理设定基本目标，选择合适的实施方式，稳步推进预警系统建设。为了在下一步扩大预警系统试点建设范围时，做到“管好”、“用好”系统，实现效益最大化，还需在管护保障上下功夫。
1）加强系统的顶层设计，统一规划和技术标准。省级主管部门应按照统一规划、统一技术标准、分步实施、稳步推进的原则，做好水库信息化建设规划或建设方案。以顶层设计为指导，全省小型水库信息化建设可分3步实施：a.实施小（1）型水库，以落实向国家防总实时报汛的任务；b.实施重点小（2）型水库，以及正在或即将进行除险加固的小型病险（震损）水库；c.实施位置重要（或防洪任务重）的一般小（2）型水库。
2）建立四方协同的管护机制，并加强系统使用管理。所谓四方协同的管护机制，即省级主管部门负责整体建设规划的实施推进和监督指导；市县水库主管部门加强管理和协调沟通；水库管理单位和人员负责设备的看护，防止人为破坏损毁；系统研发单位（设备供应商）跟进售后服务，定期进行回访、技术指导和设备更新升级。以上四方共同努力，加强对系统设施、设备的维护，保证设备长期正常使用。该系统安装运行的环境特点是分散、地域广，设备运行环境较为恶劣，在使用过程中难免出现一些小的故障。水库管理人员离设备是最近的，为保证系统正常运行，要加强对水库管理人员进行系统使用和管护的培训，建立定期巡查和设备管护制度。为充分发挥系统的使用价值，需加强系统的使用管理。
3）加强各平台系统兼容整合，杜绝资金浪费。为避免重复建设，杜绝资金浪费，应加强小型水库动态监管与山洪地质灾害、水文、气象等监测预警系统的兼容整合，建立水库综合信息平台。充分利用现有资源，整合已有系统进行集成统一的信息平台，充分实现资源和信息共享，实现对水库工程的安全分析评价，对洪水进行预报，并可根据水库工程安全现状、洪水预报结果、抗旱水源最低保障和水质水量变化动态，提出最优化调度方案，以供决策。实现平台整合统一，有利于水库的安全管理、安全度汛和抗旱水源调度，对于提高水库管理的工作效率，增强水管工作的准确、科学、前瞻性具有深远的现实意义。
4）加强视频监控的力度及新技术的应用。为了满足市县水库主管部门提出的实现水库全天候实时视频监控的需求，系统研发单位需将远程视频监视及流域的整体监控作为必备的技术要求，同时已建监控点要逐步实现联网改造和接入。从技术上讲，水库全天候实时视频监控必然对系统架构及服务器平台提出更高的要求。在扩大水库动态监管预警系统建设过程中，要实现服务器分布式部署，同时解决服务器级联、备份及互相支援等问题，提高流媒体服务器的转发效率以满足大流量视频数据的转发和分发，并确保不堵塞现有网络。
4结语
四川省按照统一规划、统一技术标准、统一管理、统一维护、分步实施的原则，依托小型水库动态监管预警系统试点在全省范围内稳步推进水库管理信息化建设，以切实强化小型水库安全管理。四川小型水库管理信息化实践已在监督病险水库除险加固施工现场，实时监测水库的水情、雨情和工情，以及水库应急处置等方面取得了初步成效。其功能的高集成和信息的高共享，减轻了水库管理人员的工作负担，提高了水库管理单位决策的效率和准确性，为实现水库的现代化管理奠定了基础。但在扩大预警系统建设范围的工作中还面临着缺乏相关政策指导、缺乏专项建设资金支持等难题，未安装预警系统的小型水库实时报汛难度大。在推广并扩大水库信息化建设规模的过程中，要有效克服低水平重复建设、信息资源分散、利用效率低下、信息资源共享不足等问题。促进水务信息资源的共享，强化业务协同效应，同时寻求政策指导，建立技术标准，解决专项资金建设渠道，是实现水库信息化综合管理的有力保障。
作者：李周顺 段兵 单位：四川省农田水利局