雙牌灌區信息化建設與應用

周文彬 魏德雄 文建主

（雙牌水庫管理局 永州市 425100）

雙牌灌區位于湖南省南部，設計灌溉永州市的雙牌、零陵、冷水灘和祁陽共四縣區的2.17萬hm2（32.5萬畝）農田，受益人口近40萬。灌區工程自1966年建成運行以來，灌區農田從根本上改善了灌溉條件。

1997年，雙牌灌區在編制灌區續建配套與節水改造規劃時，將灌區水管理測控系統的建設列入了規劃的建設內容，2002年，雙牌灌區被列為全國灌區水管理信息化建設試點灌區。到目前為止，雙牌灌區結合灌區續建配套與節水改造項目的建設，基本建成了覆蓋全灌區的水管理信息系統。

1 灌區信息化建設情況

雙牌灌區信息化系統于1997年開始設計施工，1999年5月進行調試運行，到目前，已有近15年的建設時間，系統共投入約850萬元。其中：土建投資為320萬元，設備投資為500萬元，管理軟件為30萬元。

雙牌灌區信息化系統主要指灌區水管理信息系統，是由信息中心、信息分中心和現場測控點三部分組成：信息中心設在局機關，有多功能控制臺1組，配置有：服務器1臺，測控微機1臺，視頻服務器臺，視頻接收顯示器臺，監控軟件和管理軟件各1套，pc104工控微機1臺和接收發射裝置。

信息分中心分別是渠首、菱角塘、伊塘和清水塘4處信息分中心。每處信息分中心的配置有：多功能控制柜1個，服務器1臺，監控軟件和管理軟件各1套，pc104工控微機1臺和接收發射裝置。分別負責管理雙牌、零陵、冷水灘、祁陽4縣區灌區內的水管理信息。

現場測控點由水情遙測點、雨情遙測點、閘門控制點、工情視頻觀測點共四部分組成：

水情遙測點：水位遙測點10處、閘前水位24處、閘后水位13處、讀卡式水位計2處、電磁流量計4處。

雨情遙測點：雨量遙測站9處、自動氣象站1處。

閘門控制點：渠首進水閘1處、干渠泄洪閘9處、干渠節制閘4處、支渠進水閘13處、支渠分水閘1處。其中：交流遠動控制閘7處、交流遙控閘4處、太陽能遙控閘15處。

工情視頻觀測點：2處。

系統共有110個傳感器，其中水位傳感器49個，閘位傳感器33個，雨量傳感器9個，電磁流量計傳感器4個，氣象傳感器15個。

2 灌區信息化實現的主要功能

2.1 灌區信息中心

灌區信息中心是灌區用水管理監控和調度的中心。直接監控灌區主要控制點水位、閘位，可直接遙控灌區主要測控點的閘門，接收灌區所有測控點數據，指導信息分中心對灌區用水進行調度。

2.2 信息分中心

全灌區現已建成渠首、菱角塘、伊塘、清水塘4個信息分中心。它們分別位于雙牌縣、零陵區、冷水灘區、祁陽縣，分別管理所在縣區的信息化站點，采集、接收并發送所在縣區范圍內的水位、雨量和閘位信息，控制所在縣區的主要節制閘、泄洪閘和分水閘。

2.3 現場測控點的主要功能

2.3.1 雨情遙測點（包括地球氣象站和雨量遙測點）

地球氣象站建在永州灌溉試驗站，通過氣象傳感器，能自動接收大氣壓、溫度、濕度、地溫、風速、風向、雨量、蒸發、總輻射、凈輻射、日照；通過數據采集器將所采集的降水、氣溫、氣壓、濕度、風速、風向等數據經計算機處理后生成各種氣象資料報表，傳輸到信息中心。

雨量遙測點已建成9個，均為無人值守。雨量遙測點將采集到的雨量數據通過單片機和短信模塊處理，經GSM公網以短信方式發送到信息中心。當降雨量變化達到1 mm時，能立即發送數據。

2.3.2 水情遙測點

將采集到的水（閘）位數據，發送到信息中心和信息分中心，當水（閘）位有1 cm變化時，能在5 min內發送數據，當水（閘）位變化大于或等于2 cm時，能立即發送數據。

2.3.3 閘門控制點

包括太陽能遙控閘、交流遙控閘、交流遠動控制閘3類。

太陽能遙控閘與交流遙控閘的功能主要是接收信息中心或信息分中心命令對閘門進行遙控，并及時采集閘門運行狀態、閘位變化和閘前水位數據，發送到信息中心和信息分中心。

交流遠動控制閘可對閘門實行遠程控制，并及時采集閘門運行狀態、閘位變化及閘前水位數據，發送到信息分中心和信息中心。

2.3.4 工情視頻觀測點

現已建成2處，位于渠首大壩引水閘上，用于監測渠首石渠河岸情況監測及引水閘工作情況監測。視頻信號通過無線擴頻（CAN0PY）系統經中繼傳輸到信息中心。

3 灌區信息化應用效果

雙牌灌區信息系統運行以來，在確保灌區工程的安全渡汛和農田抗旱、搞好科學管理、計劃用水和節約用水、改善工作環境等方面產生了良好的作用，推動了灌區改革。

（1）汛情準確，工程渡汛有保證。

雙牌灌區地處湘南丘陵地帶，大部分干渠傍山開挖，集雨面積大，入渠徑流大。發生暴雨時，往往是風雨交加，電閃雷鳴，再加上渠線長、降雨時空差異大，人工方法觀測和監視渠道水位變化十分困難，一遇暴雨，便經常出現渠內洪水驟漲驟落，瞬時超越設計洪水位，甚至漫堤，并因此而導致山體滑坡崩塌、渠堤決口等事故，搶修費用在100萬元以上。近幾年，由于水管理信息系統的運行，水情被實時掌握，及時調度泄洪，確保了工程安全渡汛，平均每年防汛搶險費用在50萬元以下。

（2）調度及時，農田抗旱有措施。

抗旱的實質，就是嚴格按配水計劃供水。以前，雙牌灌區在旱情緊張時，由于對水情不能及時掌握，計劃用水措施難以實施，經常出現“上游大水漫灌，中游堵渠搶水，下游無水干旱”的狀況。灌區水管理信息化系統運行以來，計劃供水得到了較好的落實，即使出現特大干旱旱情，系統也會將旱情信息及時提供給局主要領導和調度人員，使抗旱決策的命令及時下達，再加上對主要節制閘及分水閘實施遙控，使計劃用水得到保證，確保到尾灌區的日平均流量達到設計流量，確保了尾灌區農田抗旱保豐收，實現了全灌區均衡受益。

（3）計量準確，用水戶權益有保障。

傳統的量水方法是利用實測的水位～流量關系曲線進行查讀，這樣，水位觀測值及實測流量的準確度直接影響到水量計量的準確性。并且，水位觀測值的準確度在5 mm左右。應用灌區水管理信息化系統對水位進行實時監測以后，水位值的分辨率達到1 mm，大大提高了水位觀測值的準確度，再加上對重點分水口安裝了電磁流量計，計量的準確度大大提高。同時，隨著按方計費方式的推行，灌區可以實現多用水多交費，少用水少交費，真正確保了用水戶的權益。

（4）環境改善，工作效率明顯提高。

灌區水管理信息系統運行以來，對水位、閘位實行了遙測，對閘門實行了遠控或遙控，由原來的現場觀測水位變為室內遙測水位，由原來的現場人工操作閘門變為室內遙控閘門。大大改善了管理人員的工作環境，減輕了勞動強度，提高了工作效率，節約了管理費用，工作效率顯著提高。

（5）用水節約，綜合效益十分顯著。

在灌區信息化建設時，將原來的鋼筋混凝土閘門改建為平板鋼閘門，每年可減少了閘門的漏水損失約100萬m3，同時，閘門的啟閉運行時段縮短為原來人工操作時間的1/20，據測算，在運行期間，每啟閉一次泄洪閘，可減少水量損失1萬m3，僅此一項，全灌區每年可減少水量損失超過40萬m3。另外，可避免盲目泄洪，每年還可利用降雨來水蓄水超過100萬m3，這樣，減少的損失水量與增加的蓄水水量累計超過240萬m3，可恢復或發展灌溉面積0.6萬畝，綜合效益十分顯著。

灌區實行了信息化管理，工程運行安全可靠，防汛抗旱有了保障，管理人員工作環境得到改善，工作效率得到提高，管理人員大大減少，管理費用有效控制，綜合效益十分明顯，所有這一切，為灌區綜合改革的穩步推進提供了良好的條件。

4 灌區水管理信息化系統存在的主要問題

雙牌灌區水管理信息化系統投入運行以來，在工程運行管理中發揮了較大作用，但由于是一項試點工作，也還存在一些有待改進的地方，主要有：

（1）系統設備質量不規范。國家在灌區信息化系統設備質量方面還沒有統一的標準與規范，這樣，灌區信息化設計與安裝公司在設計與購買設備時就沒有統一的標準與規范可供執行。同樣，業主在施工管理與驗收時也沒有國家標準進行檢驗與驗收。

（2）軟件有待進一步完善。現在雙牌灌區的管理軟件與灌區的用水管理結合得尚不夠緊密。

（3）系統功能還有待改進。目前，只能進行單純的水情監測，還不具備灌區水管理的工情監測、水環境監測、水情預報、水資源優化配置等方面的功能。

（4）設備防雷技術有待提高。設備被雷擊的現象時有發生，設備防潮問題處理也不到位，導致線路接口鹵化和部分元器件被損壞的現象也比較嚴重。

5 發展灌區信息化的幾點建議

（1）國家在編制《渠道防滲工程技術規范》時要加上有關灌區信息化建設與管理的條文。

（2）加大對已建信息系統的技術改造力度。解決目前系統存在的耗能過大、數據接收不及時、設備運行不穩定、與電信等公共網絡的兼容性能以及設備防雷性能差等問題。

（3）加大對新技術開發利用的力度。比如：系統通信、視頻信號無線傳輸等方面。

（4）要引進一些高端人才參與灌區信息化系統軟件編寫。同時，編寫人員要多到灌區現場，多了解實際情況，多接觸一些實際問題。

（5）對灌區信息化設備管理人員的培訓要經常化。系統要求高素質的維修及操作人員，管理維護工作也是一個復雜的系統工程，要加大對系統管理、操作人員的專業培訓。