一、 引言
　　2009年12月，《深圳市鐵崗與石巖水庫水務信息化系統》和《鐵崗水庫擴建工程綜合自動化監控信息系統》相繼開工建設，以大壩監控監測、水質在線監測、閘門自動控制、視頻實時監控、水情自動測報、供水計量監控六大子系統建設為核心，共建設20公里的市政內外網和環庫光纖,采用先進的三維WebGIS技術，將氣象、水情、計量、視頻、大壩、閘控、水質等各類工程信息資源進行了有效整合，實現了三維場景的信息實時定位查詢，構建以水庫安全運行為主體、數據資源共享為一體的綜合信息平臺。
　　本文詳細介紹水務信息化建設與應用，探討建立水務信息化建設與維護管理的長效運行機制。
　　二、 信息化建設主要內容
　　序 項目 《鐵崗水庫擴建綜合自動化》 《鐵崗與石巖水庫水務信息化》
　　1 大壩安全監控77支滲壓計 鐵崗主壩5個斷面共40支、1#副壩3個斷面9支滲壓計 石巖主壩7個斷面共28支滲壓計
　　2 閘門自動控制 鐵崗5套閘門自動控制及改造 石巖2套閘門自動控制及改造
　　3 視頻監控
　　56個數字視頻 鐵崗水庫主壩就近的22個光纖視頻 鐵崗水庫14個庫區無線視頻,石巖水庫14個光纖視頻及6個庫區無線視頻
　　4 水質監測
　　4套在線監測 無 2套供水口九參數水質站房,2套河道入口五參數水質站房的在線水質監測
　　5 市政內外網 無 在寶安區政府信息網基礎上構建千兆局域網和百兆黨政專網
　　6 信息集成 集成水情自動遙測(12個雨量站)及GRPS供水計量監控(24個供水點)
　　7 中控室及大屏顯示 管理處今日水情LED、鐵崗所水情顯示屏 調度中心DLP大屏系統、
　　石巖中控室改造及電視墻工程
　　8 三維WebGIS系統 無 基于SkyLine的三維WebGIS及綜合信息平臺軟件開發
　　鐵石信息化綜合體系框架
　　按照國家水利信息化綜合體系的構成原則與技術劃分，鐵石水務由信息采集監控體系、資源共享服務體系、綜合業務應用體系和信息化保障體系構成鐵石信息化綜合體系，采用國際上先進的三維WebGIS技術，將各類工程信息資源進行了有效整合，構建以兩大水庫安全運行為主體、六大子系統為核心的交互性強、功能齊全、資源共享、安全高效的鐵石信息化綜合體系。
　　（一）信息采集監控體系
　　信息采集監控體系主要包括水務信息化網絡系統、基礎信息采集系統和工程遠程監控系統三個部分。
　　1、水務信息網絡系統
　　信息網絡系統是信息化資源共享及交換的基礎和核心，由于下屬管理所、管理站均分布在深圳市寶安區內，為充分共享寶安區政府信息網絡資源，在鐵崗、石巖、塘頭管理所和茅洲河管理站分別鋪設光纖到政府就近的信息網節點(節省大量的電信管道租賃費用),即末端采用自主光纖，最終在區政府信息網萬兆路由交換機基礎上構建鐵石千兆局域網，并共享區政府百兆Internet網上沖浪及短信告警平臺。
　　由于鐵崗林場管理站離區政府信息節點太遠，為節省投資，鐵崗林場管理站與西瀝取水口鋪設光纖，在西瀝取水口與管理處樓頂安裝點對點5.8G無線網橋BB100-E（100M無線主干帶寬），優化組網模式，采用有機和無線相聯合的模式構建數字網絡視頻監控系統，系統具備成本低、帶寬高、視頻傳輸能力強、穩定性好等特點。水務信息化系統已基本實現網絡覆蓋到每一處辦公點，讓高速網絡惠及到每一位員工。
　　2、基礎信息采集系統
　　信息采集系統主要負責水務信息的基礎數據實時采集，水務信息化包括：兩大水庫供水口九參數水質站房采集點2套、河道污水入口五參數水質站房采集點2套，供水計量采集點24個；水情雨量站采集點8個、水位雨量站采集點2個、蒸發站采集點2個、水位計采集點3個；覆蓋兩大庫區的數字視頻監控點71個；大壩安全監測點共77個，其中鐵崗水庫主壩安全監測點(5*4*2)40個、鐵崗1#副壩安全監測點(3*3)9個、石巖主壩安全監測點(7*4)28個；小流域截污工程遠程閘控。
　　（1）水質信息采集
　　水質在線監測系統采用最先進的模塊化系統設計理念，以自動監測技術為基礎、在線自動分析儀器儀表為核心、集成德國科澤先進的分析儀，實現一體化在線監測系統。可以實現水質的實時連續監測和遠程監控，預警重大或流域性水質污染事故、有效監測水庫周邊污染源對水庫水質的影響，及時了解供水水質狀態，更好地保護水環境、服務于社會，通過在線設備監測水質的變化，為科學管水提供依據。
　　在鐵崗九圍河和石巖河口入水口建立五參數水質站房，常規5參數即水溫、PH、溶解氧、電導率、濁度，其中石巖河口五參數和石巖截污一標總磷與氨氮兩參數互補建成七參數水質站，若發現水質不達標，根據需要將啟用截污工程泵站把污水抽進市政管網；鐵崗九圍河正在實施小流域截污工程，將有效減少污水的入庫流量，九圍河水質數據通過無線視頻通信方式傳輸。
　　在鐵崗與石巖2#涵閘供水口建立九參數水質站房，九參數水質在常規五項（即水溫、PH、溶解氧、電導率、濁度）基礎上增加總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數COD，供水源頭水質采集可有效地保證生活用水的安全，讓深圳市民喝上“放心口”，提高對污染事故的快速反應能力，及時防止源水污染擴大。
　　在線水質系統具有定時自報和召測工作方式、定期自動清洗和自動校正等功能、可在無人值守的條件下長期工作。今后可擴展包括有機碳（TOC）、生物毒性、葉綠素、重金屬砷、鉛、鎘等在線分析系統。
　　水質測定方法如下：
　　序 儀表 檢測方法 國標 量程 設備
　　1 COD 高錳酸鹽指數的測定 GB11892-89 0.00-5.00MG/L 德國科澤
　　2 總氮 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 GB11894-89 0.0-20.0MG/L 德國科澤
　　3 總磷 鉬酸銨分光光度法 GB11893-89 0.00-10.00MG/L 德國科澤
　　4 氨氮 水楊酸分光光度法 HJ536-2009 0.000-2.000MG/L 德國科澤
　　5 濁度 紅外散光分光光度法 GB13200-91  德國科澤
　　6 溶解氧 隔膜電極法 GB11913-89  德國科澤
　　7 電導率 電極法   德國科澤
　　8 PH 玻璃電極法 GB6920-86  德國科澤
　　9 溫度 水銀電極法 GB13195-19  德國科澤
　　（2）供水量信息采集
　　GPRS無線通信具有①數據安全性好，時延短；②傳輸快，速率大于20k/s,理論上可達171k/s；③主機只有一個公網IP地址，實時在線；由于供水計量點地理位置相對獨立，具有分散性，為節省投資和月租費用，GPRS供水計量系統每4分鐘采集一次24個水表的瞬時流量和累計流量，為水資源合理配置提供可靠的信息支持和決策依據。
　　《供水計量發布》：應用短信告警平臺，綜合信息平臺每天8點自動發布當天水表讀數、供水量、庫水位等給相應水廠的領導和值班人員，下例為發布給朱坳水廠的短信。
　　最后通過整合水雨情、供水計量、水質等基礎信息數據，構建水情水文智能管理系統，結合供水計量發布，從技術上徹底解決了長期以來“供水讀數到現場人工抄表”的傳統作業方式，經過1年多的運行，水文人員和水廠都已形成默契，只需要查看手機短信，不需要同時到水表現場抄表，節省了大量的人力物力資源，得到了用戶水廠的高度評價！
　　（3）雨量水位信息采集
　　鐵崗與石巖水庫集雨面積為64+44=108平方公里，按照每10平方公里分布1個雨量測點，共布設10個雨量站，這樣通過泰森多邊形才能準確的計算出降雨分布(產流的流量與匯流的時間)，正確及時地做出洪水預報。
　　水情自動測報系統由2個中心站、8個雨量站、2個雨量/水位站、2套蒸發器組成，各監測站實時水情通過市三防專用超短波230M發送到鐵崗中心鐵塔，由于鐵崗水庫庫圍47.8公里，為提高數據接收可靠性，在鐵崗管養房B棟樓頂已建設5米高的數據通信塔，可同時接收鐵崗和石巖所有超短波水雨情數據，當降雨量每增加0.5mm、水位每變化1cm時發送數據到中心站，完成數據的自主上報。
　　（4）庫區視頻監控
　　為保障大壩安全，對水庫大壩、庫區主要出入口及配套工程的重點部位進行監控，鐵石水務信息化已建設56個數字視頻，2011年7月新增了11個大運反恐視頻，加上已接入的4個市區三防監管視頻，集中存儲管理的數字視頻已達71個，信息化視頻存儲容量高達26T，并將繼續擴容，為水庫安全運行提供了可靠的保障。
　　主壩附近主要采用鋪設光纖，在庫區遠端通過5.8G無線網橋通信，采用有線和無線相結合的通信方式，大量節省投資成本，打造水庫管理的精品工程。
　　（5）大壩安全信息采集
　　結合水庫的基礎工程信息，以及汛期高水位下發生變形、裂縫、滲水、管涌、滑坡、決堤等險情的實時工況，并根據環境量、人工巡查、實時視頻等對大壩安全作出評估，為及時發現異常，有效監控大壩和三防調度提供保障。
　　監測內容包括：巡視檢查、表面變形、滲流量、壩基/壩體滲流壓力、水庫水位/降雨/氣溫監測等；
　　大壩安全信息采集包括鐵崗與石巖主壩共77支滲壓計，主要監測斷面上壓力分布和浸潤線位置，通過采集大壩安全信息，結合人工巡視檢查信息，為大壩安全狀態評估、大壩安全運行和水庫調度方案提供可靠的信息支撐。
　　鐵崗主壩壩體采用測壓管法，5個橫斷面，每個斷面4支共設20支GK4500S鋼弦式滲壓計；壩基和壩體采用同一個鉆孔,共埋設20支，，在鐵崗主壩下游壩后設1個量水堰測量點。
　　鐵崗1#副壩采用測壓管法，3個斷面共設9支壩體測壓管滲壓計，壩后設量水堰1個。
　　石巖主壩監測利用原有的測壓管，7個橫斷面，每個斷面4支共安裝28支鋼弦式滲壓計；在主壩下游設2個量水堰測量點。
　　3、小流域遠程監控系統建設
　　小流域計算機監控系統要與現有信息化系統相融合，在管理處與九圍河泵站調度室構建100M無線主干通信系統，對小流域截污工程系統進行實時監控、統一調度，保證各泵站工程更加安全、可靠、經濟地運行。
　　（二）資源共享服務體系
　　資源共享服務體系主要實現水務信息資源的存儲管理、共享與交換、發布與應用，主要包括：
　　1．基礎數據庫建設：包括水雨情數據庫(NSY)、閘門控制數據庫(Scada)、大壩安全數據庫(dam-server1)、供水計量數據庫(JYRDC)、檔案管理數據庫(archive2008)、洪水預報數據庫、信息化應用核心數據庫(teigang)，同時利用大型三維GIS地圖庫(SZ-final-preview.mpt)，實現基礎數據庫的海量信息整合，結合先進、成熟的GIS軟件平臺對各類數據進行一體化管理，為信息服務系統提供應用支撐。
　　2．利用大型商用三維GIS地圖庫(SZ-final-preview.mpt)，鐵石三維GIS地型圖坐標范圍為左上角(104000，48000)、右下角(91950，23950),鐵崗、石巖水庫藍線保護區1：1000,藍線外區域1:2000；遙感影像(航片)為2008年拍攝的航空影像數據，精度達0.2米。
　　實現基礎數據庫的海量信息整合，結合先進、成熟的GIS軟件平臺對各類數據進行一體化管理，為信息服務系統提供應用支撐。
　　3．數據共享和交換平臺：實現跨平臺、跨系統、跨應用的網絡互聯數據共享與交換，完善水務信息共享技術標準，實現數據采集、數據處理、數據建庫、數據發布和數據共享的標準化；構建與水利部門系統內部進行信息交換的平臺，利用統一和開放的數據標準實現信息交換。
　　短信告警平臺：采用寶安區政府先進的短信交換平臺，整合移動、電信、聯通短信平臺共享為一體(短信流量6萬條/月)、實現日水情、供水計量、故障告警自動發布及會議通知等。
　　①日水情發布：8:30自動發布當日8:00水情水文工況數據;
　　②供水計量發布：8點自動發布水表讀數、供水量、庫水位給相應水廠的領導和值班人員；
　　③故障告警：計量實時告警、視頻離線告警等故障時通告相關人員;
　　④會議通知:短信群發功能、三防值班輪巡通知等。
　　4．數據中心建設：充分利用已建的網絡設備和系統設備，進行存儲管理、數據共享與發布系統、數據備份與恢復系統等服務，逐步完善數據匯集、管理和維護等運行機制，開展洪水、水源、水污染預報與調度模型的開發研究。
　　（三）綜合業務應用體系
　　綜合業務應用系統是水務信息化建設的核心內容，將進一步深化信息化手段在水資源管理、水環境監管及水污染治理、水務工程建設與管理和水務行政資源管理等領域的應用，推動涉水事務管理的現代化和精細化。
　　1、水務信息化綜合應用系統
　　在整合現有數據庫和系統資源的基礎上，基于水利信息的完整性、可靠性和規范性，深入開發新的水務信息綜合數據庫，建立一套集中管理、安全規范、充分共享、全面服務、具有大容量、高效率的的綜合數據庫信息平臺。同時，借助綜合數據交換系統，實現分布式數據庫的數據共享服務，遵循各子系統的數據結構規范設計，實現各子系統之間的信息共享和交換。
　　綜合應用是建立在webGIS(地理信息系統)應用上的綜合信息化平臺，系統整合了水庫管理工作的所有業務信息資源，實現了信息的集中管理、用戶集中認證，能根據權限級別提供不同的信息服務和管理操作，主要包括數字水庫、水雨情遙測、GPRS供水計量監控、水質在線監測、閘泵自動控制、視頻實時監控、大壩安全監測、水庫日常業務和系統管理等功能。
　　2．水庫三維GIS應用
　　采用SkylineGlobe的TerraSuite作為三維WebGIS的開發及發布平臺，融合航空影像、衛星數據、數字高程模型和其它的2D或3D信息源構建三維地形數據集，通過金字塔結構創建可視化三維地形場景，實時的融合海量的柵格和矢量數據并進行發布，通過客戶端瀏覽器方式將地理空間數據迅速傳輸給用戶。
　　水庫主壩等主要建筑物需要逼真的實時渲染效果，應用三維地形場景建筑模型矢量疊加原理，制作精細模型，使管理處、鐵崗/石巖/塘頭管理所辦公樓及主壩場景內容更加豐富、真實。
　　水庫工程主要包括水庫主壩、副壩、溢洪道、溢洪道閘門、分洪閘、提（抽）水泵站、出入庫管線、石松供水工程、在建工程等，可在線查詢工程的基本情況、特征參數、工程圖紙、實景照片等信息，同時水庫高程分布專題圖可根據用戶選擇的高程步長（10米、5米、3米、1米、0.5米）進行色彩分層顯示。
　　采用國際上先進的WEBGIS技術，實現基于三維場景的水文、水質、大壩、視頻、地下管網、線路鋪設、水庫專題、在建工程等信息的實時定位查詢。
　　3．水務指揮調度系統
　　水務指揮調度系統是信息化指揮調度平臺，負責調度小流域遠程閘控等其它相關系統，由硬件和軟件設施組成，硬件設施包括網絡系統、調度室DLP大屏顯示系統、大堂LED日水情顯示系統、多媒體會議系統、UPS系統、防雷接地系統、短信群發系統、視頻監控系統等；軟件設施主要是鐵石綜合信息平臺，在整合各子系統信息資源的基礎上，實現對信息的綜合查詢與分析，為決策提供信息支撐；
　　調度室DLP大屏顯示系統:管理處新綜合樓5樓調度中心，面積約64平方米，由2*2塊60寸DLP大屏幕+6臺42寸液晶電視機構成，是信息化指揮調度系統中心,為領導決策提供參考。
　　4．視頻實時監控
　　為加強水庫樞紐區域安全管理，保障大壩安全，對水庫大壩、庫區主要出入口及配套工程的重點部位進行監控，幫助管理人員實時了解重點地區的安全隱患、水情及災情等，提高水務重點防控地區突發事件的應急處置能力。
　　兩大水庫無線通信設立兩個視頻中繼站，其中鐵崗松坳中繼站:建設17米高標準通信塔，安裝2套60度扇區天線主站，總帶寬為54M；石巖上屋山中繼站：建設15米標準通信塔，安裝2套60度扇區天線主站，,2組帶寬均為54M；
　　鐵崗水庫庫面約10平方公里，庫圍47.8公里，由于無線視頻必須完全可視，因此在鐵崗水庫庫區設立瞭望塔和西瀝2個無線中轉站。特別是鐵崗林場有4臺辦公電腦，需要同步監控鐵崗庫區視頻及Internet應用(林場與西瀝取水口光纖相接)，由于西瀝中轉站理論帶寬為12M，視頻監控經常處于癱瘓狀態，經過流量發包檢測，鐵崗林場電腦上網及反調視頻占用非常大的帶寬，2011年5月中旬，瞭望塔和西瀝中轉站與管理處樓頂重新安裝兩套點對點的BB100無線設備，中轉站無線主干帶寬升為100M，高帶寬保障了鐵崗林場辦公系統和瞭望塔無線視頻的暢通無阻。
　　石巖水庫庫面3.17平方公里，庫圍20公里，為保障石巖湖后橋和老管養房續接的光纖視頻，在石巖上屋山中繼站新增加了一套VL54M點對多點設備，確保石巖湖后橋和老管養房主干帶寬為27M；
　　同時，為防止網絡廣播風暴,必須在主干交換機(H3C5600千兆三層)上設置獨立視頻VLAN、服務器VLAN、用戶VLAN專區，減少相互干擾，實踐證明，通過VLAN分區，超大流量的視頻監控系統才能可靠、穩定地運行。
　　鐵崗與石巖水庫區域均為重點雷區，為保障庫區野外視頻頭的安全，采取多項措施①視頻立桿接地電阻小于4Ω，避雷針高出視頻頭1米以上；②安裝三合一防雷器(云臺、電源、視頻頭)；③取電端安裝漏電開關，當有大雷電時，很可能首先擊壞防雷器，實踐表明，漏電開關跳閘有時取到關鍵性的保護作用。信息化現有71個視頻點，經過一年多的運行，已打壞5個視頻頭，其中10個電源漏電開關在雷電時容易跳閘，需要事后人工合閘，盡管增加了一定的工作量，但仍不失為一種傳統作業方式。
　　目前已上傳西瀝來水口、北線來水、鐵崗/石巖主壩、溢洪道等8路視頻到深圳市反恐辦，并可供省三防總調用。
　　5．閘門自動控制
　　①閘門基本情況
　　閘門名稱 數量 閘門形狀 開度
　　鐵崗
　　水庫 溢洪道泄洪閘 2扇 10米弧形閘門 5米
　　 1#涵閘 1扇 4米平板閘門(攔污柵1道) 4米
　　 2#涵閘 1扇 4米平板閘門(攔污柵1道) 4米
　　 鐵崗分洪閘 2扇 5米平板閘門 4米
　　 西鄉分洪閘 1扇 5米平板閘門 4米
　　石巖
　　水庫 1#涵閘 1扇 3米平板閘門 4米
　　 2#涵閘 8扇 4米平板閘門(4扇檢修) 4米
　　已對上述七套閘門進行自動化控制改造，實現中心站和遠程自動控制。
　　②控制權限順序：設現地、中心站和遠程三級。自動控制權順序為：現地→中心站→遠程；并設置就地/遠方、手動/自動切換開關，其中現地手動控制級控制權最高，以保證在現地控制單元出故障時實現閘門的手動控制，從而提高系統的可靠性與可控性。
　　③控制原理：在閘站各配置了一套PLC測控柜，具有現地/遠方保護控制、動作狀態指示、開度顯示等功能，并對閘站的上游水位(溢洪道下游水位)、閘門開度、過閘流量、視頻監控點進行監控，確保人身與財產的安全。
　　自控信息集成：塘頭泵站永久泵站的自動控制系統已經建成，待中控室搬遷改造工程啟動后，需要整合永久泵站機組運行數據。
　　（四）信息化保障體系
　　信息化保障體系建設包括：研究信息化建設和管理體制，完善水務信息化標準體系，建立人才培訓與保障體系，加強安全體系建設。
　　保障體系要重視人才隊伍的建設，做好人才培養工作，加強信息化建設中的人才保障體系，制定并實施安全管理策略及相應的規章制度，健全安全管理機制。
　　四、結語：
　　深圳市數字水務第一期工程已全面啟動，將聯接深圳所有中型水庫，構建數字水務平臺，鐵崗水庫作為四大分中心之一,將承擔重要的西部地區管理功能，鐵石水務信息化將成為“數字水務”框架體系的一部分，并將實現與“數字水務”的有機融合。
　　鐵石水務信息化是水庫涉水業務廣、技術復雜、涉及專業較全面的水庫綜合業務管理系統，系統的建成將有助于實現水庫管理的科學化、精細化、高效化，對于提高水庫的管理水平、服務社會意識和創建一級水管單位均具有重要的作用。