智慧水利平台建设方案
智慧水利平台建设方案
目录
目录 ................................................................................................................................................... I 第1部分概述 (2)
第1章基础设施建设 (2)
1.1信息采集与传输系统建设 (2)
第2章数据资源管理平台建设 (20)
2.1数据资源管理系统结构 (20)
2.2数据资源管理系统内容 (21)
2.3数据资源管理系统功能 (24)
第3章应用系统建设 (46)
3.1防汛抗旱指挥 (46)
3.2水资源监测与管理 (49)
3.3水土保持监测与管理 (50)
3.4农村水利综合管理 (52)
3.5水利电子政务 (53)
3.6水文业务管理 (55)
3.7水库移民管理 (56)
3.8水网工程管理 (58)
第1部分概述
今年，随着《关于加快水利改革发展的决定》中央一号文件和各级水利工作会议的召开，以及作为智慧城市中一个重要能力，给水利行业带来前所未有的机遇与发展。比如防汛抗旱指挥系统、水资源监测能力建设、城市水资源实时监控与管理系统、水土保持、农村水利等项目的纷纷开展与建设，从水利行业的纵向管理提供了好的方案和依据，但是由于缺乏顶层设计及从水利的横向统一管理实际出发，造成的重复建设及数据资源共享远远达不到信息化发展要求。为此，水利依据统一的指导思想和顶层设计规范，为切实增强水利支撑保障能力，实现水资源可持续利用，对智慧水利进行规划。
“智慧水利”发展的总体目标是：坚持统筹规划、协调有序推进，实施顶层设计、统一技术架构，强化资源整合、促进信息共享，完善体制机制、保障良性发展;在全市范围内建成水利八大信息采集体系以及功能完备的水利八大业务应用体系、统一规范的技术标准和安全可靠的保障体系,进一步完善与水利改革发展相适应的水利信息化综合体系，大力推进民生水利工程信息化建设，全面提升信息技术对水利日常工作及应急处理的支撑与服务能力，逐步实现水利信息化、智能化发展，为“智慧水利”对满足经济可持续发展工作的总体要求提供相适应的信息化支撑。
第1章基础设施建设
1.1 信息采集与传输系统建设
1.1.1 “智慧水利”监控体系结构
水利监控体系是，防汛抗旱、考核用水总量和用水效率控制以及“智慧水利”实现的重要信息来源和保障。监控体系以信息自动传输为基础，通过对信息采集传输基础设施的改造和建设，配置先进的适合水利水情的新仪器、新设备，提高信息采集、传输、处理的自动化水平，提高信息采集的精度和传输的时效性，形
成较为完善的信息采集体系，为“智慧水利”的实现提供及时准确的信息服务。
水利监控体系由监测点，监控中心，以及监测点与监控中心的信息传输信道构成。监控的实时数据统一存储在云计算中心的统一存储平台上。数据采集采用定时自报和超限加报为主，召测应答为辅的工作方式，召测响应时间符合标准要求。
1.1.1.1 监测点布设
根据2011年一号文件对信息化监测的要求，依照《国家防汛抗旱指挥系统一期工程初步设计》、《国控监测点-重要取水户名录》、《省（自治区、直辖市）水资源管理系统建设基本技术要求》、《地下水监测规范的要求》等要求，结合实现智慧水利的业务需求，监测项目主要分为以下八种：
1.1.1.2 雨量监测
为保持资料的连续性和一致性，避免重复建设，水情遥测站网布设充分利用现有水情遥测站网和基本水文站网，对整体布局不合理处进行调整合并；对雨量站网密度稀疏、尤其是城镇化程度较高的郊区进行站点补充；对人口密集区域、重点区域、重要交通枢纽等处适当加密；对于区域代表性水位缺乏处进行水位代表站补充；风速风向主要在沿江沿海、重要交通枢纽等处进行布设，为科学应对强风波浪冲击堤防、基础交通设施的灾害以及风暴潮预测预报提供科学依据。
根据以上的监测点选取原则，结合已建设的雨量监测站的分布情况，雨量监测新增监测点，实现在第一时间掌握所辖地区的降雨量，在第一时间预测分析降雨对各河流、水库水位的影响，掌握防汛工作的主动权为防灾控制提供预测性指导。同时为水土保持工作的监测，提供第一手翔实准确的雨量资料，更好更加准确的计算水土流失状况。
1.1.1.3 水位监测
监测应按照先大江大河干流重要河段和重点大型水库，然后按照列入水利部公布的全国重要饮用水水源地名录的水源地后其他水源地、先工业用水城镇用水
水源地后农业用水水源地、先取水量大的干流河道或湖泊水体后取水量小的支流河道或其他水体的顺序安排布设。
1.1.1.4 水量监测
水量监测应按照，先国控点监测达到取水总量的70%（不含水力发电和贯流式火力电厂冷却用水）、先取水环节后排水环节、先集中用水户后分散用水户顺序安排；从取水量级考虑先重点用水户后一般用水户、同等取水量级先第二、三产业用水户后第一产业用水户顺序安排；同时兼顾设站条件通盘考虑。
根据2011年一号文件对用水总量的要求，在取用水监测上按照以上建设原则，实现对水量分两期建设，最终达到对取用水户进行100%监测，并且移动、电信等公用无线网络已经完全覆盖全市，完全具备实时在线监测的要求。因此水量监测完全采用在线实时监测设备。
1.1.1.5 视频监测
对涉及的重要水库、河道、堤防、水闸、重要水利工程设施以及主要内涝街区进行实时视频监视。
视频监测作为会商决策中，实时了解现场情况的最有效的手段，为防汛抗旱、水资源应急等业务的决策起到不可或缺的作用，为应急指挥提供了有效的信息支撑。
1.1.1.6 水质监测
按照先地市际边界河流控制断面监测后县际边界河流控制断面的监测，水资源管理单元逐级细划、控制能力逐步加强的思路顺序建设。
依据2011年一号文件对纳污能力的建设要，同时保证城市饮用水的安全，按照国家对水质监测的要求，在2015年列入国家重要饮用水水源名录的监测覆盖率达到100%（饮用水水源区监测覆盖率达到90%）；保留区和保护区监测覆盖率达到60%以上；除饮用水水源区外其他开发利用区监测覆盖率达到85%以上的要求。
1.1.1.7 蒸发量监测
主要在重要的大型灌区、水库区域建设蒸发监测点。蒸发是水循环的重要组成部分，也是水资源管理和水利用模式评价的一个重要参数。对用水控制和水资源分配提供了一个新的评估参数。也是保证三条红线中农业灌溉水的有效利用系数从0.5提高到0.53以上的有效监控手段。
1.1.1.8 墒情监测
为了掌握实时、准确的土壤墒情及干旱情况，必须对土壤含水率进行动态监测，科学分析全市干旱形势，为防旱、抗旱决策提供科学依据。根据的实际情况，对土壤墒情监测站网进行全面的规划，首先保持墒情监测点总数不变。新建墒情信息采集点的选址应远离树林、高大建筑物、道路（铁路）、河流、水库和大型渠道。在原有监测井网的基础上按照实现“智慧水利”的能力要求。
1.1.1.9 水土保持监测
水土保持监测是水土保持工作的重要组成部分，对水土流失的成因、数量、强度、影响范围、危害及其防治效果进行动态监测和评估，是水土流失预防监督和治理工作的基础；是水土流失普查，掌握水土流失面积、分布状况和流失程度，预测水土流失危害及发展趋势，评估综合防治效果的基础。
1.1.2 监测点配置标准
“智慧水利”工程自动监测点所有配备的设备应该是市场上成熟可靠的产品，应该具有国家质量监督局颁发的产品生产许可证，积累设备应该通过计量认证的产品，必须满足《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL-276-2002）。
1.1.3 监测点典型设计
按照与国家防汛抗旱总体要求，与建立用水效率、取用水总量控制指标体系和监督考核的能力相适应的核心要求，依据《国家防汛抗旱指挥系统一期工程初
步设计大纲》、《水资源监控设备基本技术条件》（SL426-2008）、《水资源监控管理系统数据传输规约》（SL427-2008），以自动化、信息化为方向，结合“智慧水利”的实际需求，在其现有计量设备基础上，以配齐基本在线监测设备为主，实现基本达标要求。
在八种监测手段中，雨量监测、视频监测、蒸发量监测、墒情监测、水质监测以及水土保持监测，监测方法相对通用。而在水位、水量监测中，因水所处的位置，取水排水方式不同导致监测方法不能通用，需要根据实际情况设计。
按照取水许可证中的分量，取水方式一般包括四类，也就是蓄水工程（从湖库取水）、引水工程（从河道引水）、提水工程（通过泵站往高处提水）和水井工程（通过泵抽取地下水）四类。
从湖库取水和从河道引水需要监测湖库和河道的水位，可以参照地表水水位自动监测站建设；需要监测取（引）水的水量，如果其输水采用的是渠道，则参照河道（明渠）型取水流量自动监测站建设，如果输水采用的管道，可参照管道型取水流量自动监测站建设。
通过泵站忘高处提水需要监测水源地的水位，可以参照地表水水位自动监测站建设；需要监测提水的水量，可以根据输水采用的渠道还是管道，分别参照河道型取水流量自动监测站和管道型取水流量自动监测站建设。
通过泵抽取地下水需要监测地下水水位，可以参照地下水水位自动监测站建设；需要监测抽水取水水量，一般这种输水方式是管道输水，可以参照管道型取水量自动监测站建设。
1.1.3.1 雨量自动监测站
翻斗雨量计性能要求：
承雨口：内径：Φ200+ 0.60mm，外刃口角度45°
测量分辨力：0.1mm
输出分辨力：0.1mm、0.2mm、0.5mm、1.0mm可设置
降雨强度测量范围：0.01～10mm/min
仪器综合计量精度：≤（0.1mm±3％FS）
输出信号方式：三线制脉冲信号输出，可接成二线制脉冲信号输出
开关接点容量：ＤＣ V≤15V，I≤300mA
接点工作次数：1×107次
仪器功耗：ＤＣ12V，0.1mA
工作环境温度：–10～+50℃；湿度：≤98%RH（40℃）
表1雨量自动监测站设备配置表
项目单位翻斗式雨量计个
遥测终端（RTU、含软件）套
DTU通信模块个
电源箱（含太阳能电池板、蓄电池、隔离变压器、防雷模
项块、充电器）
（a）
1.1.3.2 水位自动监测站
1、地表水水位自动监测站
利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。
?输出码数(组)：1024
?信号输出方式：RS485
?轴每周输出：16
?连续圈数：64
?寿命：MTBF大于等于100000H（+25度，1000rpm）
?供电电压6-12V DC（或用用户需求）
?响应频率：0~100Hz
?使用环境温度：-20oC～+85oC
表2地表水水位自动监测站设备配置表
项目单位浮子式水位计个
遥测终端（RTU、含软件）套
DTU通信模块个
2、地下水水位自动监测站
压力式水位计：
根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位计。
?量程范围： 0～175m间分级可选
?过载压力：最大量程的1.5～2倍
?输出信号： 4～20mA（两线制）或RS-232/485信号
?工作温度： 0～70℃（标准补偿）；-25～+85℃（特殊补偿）
?直径：19～38mm
?精度：±0.25% （包括非线性、重复性及回差在内的综合误差）
?稳定性：最大量程的±0.25%/1年
表3地下水水位自动监测站设备配置表
1.1.3.3 水量自动监测站
1）管道型取水流量自动监测站
测量原理：超声波时差原理，双CPU并行工作
显示：背光型液晶显示器
操作：轻触键盘
测量精度： 1.0%
流速范围： -16m/s～0～+16m/s
通信接口： RS485，波特率：9600BPS
供电电源： 220±25%VAC，24±10%VDC，12±10%VDC
工作环境：
?温度：探头：－40℃～+85℃；主机：－20℃～+55℃
?湿度：主机：85%RH；探头：98%RH
流量日、月、年累积功能；故障自诊断功能，遥控网络工作方式
上断电管理功能：记录前50次以上上电和断电时间
分辨率达到0.2ns
表4管道型取水流量自动监测设备配置表
2）河道（明渠）型取水流量自动监测站
测量原理：用于渠道流量测量时，在渠道上安装量水槽堰。量水槽堰的作用是把渠道内流量的大小转成液位的高低。用液位计测量槽堰内的液位，流量转换器（二次表）再按各类槽堰的液位-流量关系计算出液体流量。渠道内的流量越大，槽堰内液位越高；流量越小，液位越低。一般的渠道，液位与流量没有确定的对应关系。因为同样的水深，流量的大小，还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。在渠道内安装槽堰，由于堰的缺口或槽的缩口比渠道的横截面积小，因此，渠道上游水位与流量的对应关系主要取决于槽堰的几何尺寸。同样的槽堰放在不同的渠道上，相同的液位对应相同的流量。槽堰把流量转成了液位。
流量误差：≤±5﹪时间≤±5min/30d能通过键盘调显两年中任意一天的日流量，任意一月的月流量及当前的总流量及所对应的有效计量时间；
电源：AC220V DC12V（机内自备）功率≤1W ；
传输距离：100m（远传根据用户要求另定）；
可配打印机，视用户需要可调打两年中任意一月的月报表（含该月每日日流量、月流量、月有效计量时间）；
记录周期：长期（数据记忆，保存十年）；
显示：分流量驻留显示；总流量驻留显示；计量时间驻留显示也可配打印机自动定时打印有关数据，并绘制流量变化曲线；
记录：配打印机可自动定时打印记录总流量、有效计量时间、日流量及月流量，并绘制流量变化曲线。仪器备有RS-232C串行通讯接口（其它通讯协议可根据用户需要另定）；
其它：可根据用户要求，增设电压输出或电流输出接口。
表5河道（明渠）型取水流量自动监测设备配置表
1.1.3.4 水质自动监测
可以测量温度、溶解氧、电导率 / 盐度、PH、浊度共 5 种参数，这些参数既可以根据需要自由配置，也可以同时集成在一台主机上，通过终端可以直接显示即时的水质情况
表6水质常规五参数一体机
表7水质自动监测设备配置表
1.1.3.5 墒情自动监测站
土壤水分传感器是根据频域反射仪法即FDR测出被测土壤的介电常数，并根据土壤容积含水率与土壤介电常数之间的非线性关系推导出土壤的容积含水率或重量含水率，其性能指标如下：
?测量参数：土壤容积含水率（可转化为重量含水率）
?量程：0~100%
?测量精度：误差正负2％以内（满足墒情规范中的要求，绝对含水率在
0~50%范围内）
?稳定时间：不大于10秒
?工作电压：4.5～5.5VDC，典型值5.0VDC
?工耗：小于50mA
?密封材料：ABS、尼龙工程塑料，耐腐蚀、稳固、防水防冻、低温冻胀
不爆破
?探头材料：不锈钢
?探头长度：6cm
?电缆长度：标准为10m
?工作环境:-35℃～+50℃
?平均无故障时间：MTBF≥25000小时
表8墒情自动监测设备配置表
1.1.3.6 视频自动监测站
?1/4" IT CCD
?480TVL水平分辨率
?彩转黑(双滤光片切换)
?帧积累
?30x光学变焦/10x数码变焦(最大300倍放大)
?自动白平衡,自动增益,背光补偿,消闪烁(开/关)
?内置10个以上混合红外灯，180个以上普通红外灯，1个感应器
?红外照射距离: 最大100m
?方便安装的额外视频输出端口
?内置散热风扇和加热器
表9视频自动监测设备配置表
1.1.3.7 蒸发量监测
本监测，采用人工监测方式。
1.1.3.8 水土保持监测
本监测，采用人工监测方式。
1.1.3.9 遥测终端（RTU）
遥测终端能够对前端各种仪表进行检测、通信、数据交换，完成累计流量、瞬时流量、水位、水温、水质等参数自动采集，能读取IC卡的数值，并进行累加，对水表脉冲进行运算和处理，具有输出控制功能，通过GPRS能够将数据远程传输至信息管理中心。
1）功能要求
表10终端的必备功能和选配功能
2）技术指标
抄表精度：0.1%
I/O：4路数字输入端口；2路数字量输出端口；4路模拟量输出输入端口（12位）可接入：
0～5V电压脉冲信号
0～10mA电流信号
4～20mA电流信号
0～5V模拟电压输出信号
通信接口：3路232/485端口；波特率：9600bps。通信规约：HCP或用户指定
适用环境温度：－40℃～＋85℃
相对湿度：小于95％（无凝结）
大气压：86 kPa～106 kPa
工作电源：电源电压AC180～250V，50Hz；DC 12V ；在直流供电（GPRS模块断电）仅工作在采集状态下工作电流小于100MA，在自报值守工作模式下电流小于50μA。电源功耗小于5W
读卡器的读卡头结构参数应符合IS0/IEC14443-1：2001的规定
平均无故障工作时间：30000h
外壳防护等级应符合GB4208-1993中的IP55级要求
1.1.3.10 DTU通讯模块
1）实现串口透明的无线数据传输；
2）支持本地和远程修改参数功能；
3）支持本地和远程软件升级；
4）稳定可靠：采用先进的GPRS模块，性能稳定可靠；
5）实现实时数据传输：当串口接收到数据时，通过GPRS模块将数据传送到中心服务器，或接收中心服务器发送的串口数据，实现对终端设备的控制；
6）内嵌TCP/IP协议栈，包括TCP、UDP、SOCKET等，适用于更全面、更广
阔的应用；
7）高速传输：GPRS网络的传输速度最快将达到171.2Kbps，速率的高低取决于移动运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供20～40Kbps 的稳定数据传输；
8）永远在线、按流量计费：上电后即自动拨号上网，一直在线，断线重拨连接，按照接收和发送数据包的数量来收取费用，没有数据流量传递时，不收费用；
9）应用灵活、方便：有RS-232、RS-485和RS-422三种接口，用户可根据自己的需要选择，只要跟用户设备连上，插入SIM卡、接上电源即可；
10）支持动态域名解析，保证虚拟专用网络的连接和安全性；
11）内置看门狗，具备异常重起；
12）除了提供标准的通用功能外，还可根据用户的特殊需求定制功能。
13）技术参数：
14）天线接口：50Ω/SMA阴头
15）SIM卡： 3V/翻转式卡座
16）接口电平：TTL、RS-232和RS-485电平
17）串行数据接口波特率：1200bps～57600bps（出厂默认设置为9600bps）18）GSM900/DCS1800双频，符合ETSIl GSM phase 2/2+ 标准
19）GPRS：GSM/GPRS Classe 10，编码方案CS1～CS4，符合SMG31bits技术规范TCP/IP协议栈支持TCP、UDP、SOCKET等
20）发射功率：Class4（2W）/EGSM，Class1（1W）/DCS1800
21）待机电流：300mA（模块），兵团电模式下20mA
22）输入电压：DC 5V～9V/1.5A
23）工作环境温度：-20℃～+75℃相对湿度：5％～95％
1.1.3.11 避雷器
1）串联型三相电源避雷箱
适用范围：作为通信机站、计算机机、房等环境的保护
接入方式：串联
标称工作电压（V）：380V（50Hz）
额定放电电流（KA）：100（四线）
最大放电电流（KA）：200（四线）
响应时间：25ns
雷击计数器：有
2）天馈避雷器
接入方式：串联
接口类型：N、L16
工作频率：1800/2200
特性阻抗（Ω）：50
插入损耗：0.2
驻波比：1.15
传输功率：10
额定放电电流（A）：10
防护电平：40V
3）信号避雷器
接入方式：串联
接口方式：CH端口
工作电压：24
额定放电电流：5
最大放电电流：10
防护电平（线-线）：50
防护电平（线-地）：30
响应时间：1ns
传输速率：1M
4）单针避雷针
最大放电电流（KA）：200
抗风强度（m/s）：40
针径、针长、针数（φ*M*P）：19*1*1
主针数：1
1.1.3.12 实验室能力建设
按照与建立水功能区限制纳污控制指标体系和监督考核的能力相适应的要求，满足“智慧水利”工程对水利信息的需求，参考水利部颁发的《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL276-2002）标准，在其现有监测设备基础上，以配齐基本达标考核所需要设备为主，弥补现有监测和分析能力的不足，实现基本达标要求。
表11水质实验室能力建设的配置表
1.1.3.13 监测点信息采集
监测点信息采集主要功能是：自动采集水功能区监测点驻测的雨量、水位、水量、墒情、视频以及部分水质数据。要求实现自动报送和人工招测两种方式，在必要时可人工置入数据，并通过通讯信道实现向监控中心的数据报送。
监测点平时工作在待机状态，当到达设置工作时间时，在线监测系统启动，经过自动采样和水样处理，样品进入在线自动监测仪进行检测分析，传输设备能对收集到的数据进行简单的在线处理，并存储在本地，将水质数据发出后系统控制关闭，监测点重新进入待机状态。
监测点自动监测系统具备能够自动运行、停电保护、来电自动恢复功能，能接收远程控制信号，可根据要求进行远程监控，实现水样采集、分析和设备维护等功能。
正常情况下驻测自动监测站点监测频次按照国家及水利行业相关标准规定进行，同时对每个站点设置异常情况下根据需要设定自动触发式信息报送，避免在数据信息急剧变化的紧急情况时出现数据短缺的现象。
表12信息采集频次