淺談白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程信息化技術(shù)規(guī)劃

□宋 倩（河南省白沙水庫(kù)管理局）

1.基本情況

白沙灌區(qū)始建于20世紀(jì)50年代，以庫(kù)容為2.95億m3白沙水庫(kù)為水源，是新中國(guó)成立后河南修建的第一個(gè)大型水庫(kù)灌區(qū)。白沙灌區(qū)有南、北、東、新北干4條干渠，總長(zhǎng)99.25k m；支渠8條，總長(zhǎng)49.56km；斗渠143條，總長(zhǎng)229km。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積2.02萬(wàn)hm2，有效灌溉面積1.36萬(wàn)hm2，設(shè)計(jì)總引水流量40.25m3/s。效益覆蓋禹州市和許昌縣17個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、辦），292個(gè)行政村、1591個(gè)村民組、41.8萬(wàn)人。白沙灌區(qū)運(yùn)行50多年來(lái)，為周邊農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起到了至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)水利建設(shè)投資的不斷加大，灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造一期工程已完成，3條干渠，50km長(zhǎng)的渠段煥發(fā)了新貌，工程設(shè)施和灌溉條件明顯改善，極大地促進(jìn)了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工程效益和社會(huì)效益十分顯著。

2.白沙灌區(qū)信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

水利信息化是水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志，要充分發(fā)揮好灌區(qū)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的服務(wù)作用，現(xiàn)代化的管理是關(guān)鍵。灌區(qū)管理手段的先進(jìn)程度，不僅反映一個(gè)灌區(qū)的科學(xué)管理水平，也是確保灌區(qū)工程安全運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、提高用水效率、保障灌區(qū)持續(xù)發(fā)展的實(shí)際需要。

2.1 信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

白沙灌區(qū)根據(jù)多年灌溉試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和收集到的地理信息資料，于2008年建成了白沙灌區(qū)管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用地理信息子系統(tǒng)(GⅠS)和管理信息子系統(tǒng)(MⅠS)結(jié)合的方式,增強(qiáng)了處理信息的能力。灌區(qū)地理信息子系統(tǒng)能夠在矢量圖形上對(duì)整個(gè)灌區(qū)進(jìn)行點(diǎn)擊查詢(xún)以及屬性數(shù)據(jù)與圖形信息的雙向查詢(xún)。灌區(qū)信息管理子系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、維護(hù)、生成報(bào)表、打印、數(shù)據(jù)備份、模糊查詢(xún)和組合查詢(xún)以及數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)灌區(qū)的基本情況、統(tǒng)計(jì)資料、空間信息、相關(guān)報(bào)表的查詢(xún)和分析，做到了地理信息與數(shù)據(jù)庫(kù)信息的關(guān)聯(lián)查詢(xún)。不僅可以將數(shù)據(jù)以表格形式顯示和輸出，還將白沙灌區(qū)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)連成一體，有效提高了灌區(qū)管理水平。

2.2 存在的問(wèn)題

2.2.1 數(shù)據(jù)采集處理方式落后，效率低。由于白沙灌區(qū)管理信息系統(tǒng)是單機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與處理方式仍依賴(lài)于人工測(cè)量錄入，收集的各種數(shù)據(jù)資料信息實(shí)時(shí)性準(zhǔn)確性差、反饋速度慢，調(diào)度人員很難及時(shí)全面掌握灌區(qū)動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況并及時(shí)調(diào)整調(diào)度運(yùn)行方案，使得灌溉供水存在一定的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 信息傳輸系統(tǒng)通道不暢、準(zhǔn)確性差。目前，灌區(qū)各種運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)資料的傳輸，各種灌溉管理調(diào)度指令的發(fā)布，由于運(yùn)行調(diào)度中間環(huán)節(jié)較多，使灌溉管理需傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性大打折扣，人為出錯(cuò)的幾率高，對(duì)故障及事故的反應(yīng)速度慢，嚴(yán)重影響灌區(qū)的安全運(yùn)行。

2.2.3 缺乏科學(xué)合理的管理決策支持系統(tǒng)。灌溉調(diào)度方案的形成及緊急突發(fā)事件的處置很大程度上取決于管理、調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，而受所獲得信息量的局限性、非實(shí)時(shí)性和不確定性影響，調(diào)度人員提出的運(yùn)行調(diào)度方案很難做到科學(xué)、合理，使灌溉供水生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率受到很大影響。

3.白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程信息化建設(shè)規(guī)劃

隨著白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，灌區(qū)水利工程設(shè)施進(jìn)一步完善，充分利用現(xiàn)代信息科技，對(duì)現(xiàn)有灌區(qū)系統(tǒng)進(jìn)行信息化改造，是全面提升灌區(qū)管理水平，充分發(fā)揮灌溉效益的迫切需要。白沙灌區(qū)根據(jù)實(shí)際情況開(kāi)展了更為全面和先進(jìn)的白沙灌區(qū)自動(dòng)化信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃。

3.1 建設(shè)目標(biāo)

立足工程設(shè)施，結(jié)合灌區(qū)特點(diǎn)，有效利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙測(cè)傳感技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，建立一個(gè)以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、以高速安全可靠的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為手段，以決策支持系統(tǒng)為核心的現(xiàn)代化灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)。通過(guò)采用信息化管理技術(shù)和手段，提高對(duì)水資源的調(diào)控能力、水工程的自動(dòng)化水平和水管理的信息化水平。

3.2 建設(shè)內(nèi)容

白沙灌區(qū)自動(dòng)化信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容是建成一個(gè)信息化監(jiān)控中心，開(kāi)發(fā)并部署“白沙灌區(qū)信息化軟件平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)所有數(shù)據(jù)和信息的分類(lèi)、存儲(chǔ)、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、發(fā)布，接收和顯示各分站和子站的視頻信號(hào)、數(shù)據(jù)信息以及運(yùn)行狀態(tài)信息，同時(shí)對(duì)各個(gè)分中心進(jìn)行集中控制和調(diào)度。

3.2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

建立“白沙灌區(qū)信息化監(jiān)控中心”，作為整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的中樞負(fù)責(zé)對(duì)所有采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、處理、存儲(chǔ)、加工，最終通過(guò)灌區(qū)自動(dòng)化應(yīng)用軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總、展示和應(yīng)用，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)為管理和使用者提供輔助決策支持。

建立6個(gè)分中心，作為信息采集控制的分節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分中心負(fù)責(zé)所轄區(qū)域的閘門(mén)監(jiān)測(cè)和控制、視頻監(jiān)控子站的圖像存儲(chǔ)和采集，并負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳至灌區(qū)信息化監(jiān)控中心。

3.2.2 閘門(mén)控制系統(tǒng)

閘門(mén)控制系統(tǒng)由1個(gè)控制室和18處閘門(mén)控制點(diǎn)組成，包括監(jiān)控終端計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、供電設(shè)備和監(jiān)控軟件等，網(wǎng)絡(luò)分布范圍包括灌區(qū)內(nèi)7個(gè)進(jìn)水閘、2個(gè)節(jié)制閘、1個(gè)沖砂閘、8個(gè)退水閘。閘門(mén)控制室通過(guò)計(jì)算機(jī)及工業(yè)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。測(cè)控系統(tǒng)由可編程序邏輯控制器（PLC）、電氣主回路設(shè)備、自動(dòng)化元器件等構(gòu)成。

閘門(mén)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)閘門(mén)啟閉機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集與處理，包括閘位數(shù)據(jù)、行程限位數(shù)據(jù)、啟閉機(jī)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及相關(guān)其他數(shù)據(jù)等；對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)的電動(dòng)啟閉控制，并具備互鎖保護(hù)、限位保護(hù)、過(guò)載或欠載保護(hù)等安全措施；直觀顯示相關(guān)狀態(tài)量情況，跟蹤顯示閘位數(shù)據(jù)、啟閉機(jī)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)（電流、電壓等）；集中顯示所有監(jiān)測(cè)內(nèi)容數(shù)據(jù)，并能對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)進(jìn)行自動(dòng)啟閉控制；對(duì)于多孔數(shù)的閘門(mén)，通過(guò)測(cè)控柜之間的互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他閘門(mén)啟閉機(jī)的集中自動(dòng)控制與數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、顯示、查詢(xún)等；測(cè)控柜可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以與現(xiàn)場(chǎng)其他測(cè)控柜形成1套相對(duì)完整并且可以獨(dú)立工作的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)也可以實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)，形成整套的自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。能對(duì)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行定期存儲(chǔ),預(yù)留通信接口、控制接口等，同時(shí)也預(yù)留對(duì)其他相關(guān)數(shù)據(jù)的采集處理接口。

3.2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)置24處視頻監(jiān)控站，一部分安裝至管理所附近的閘門(mén)進(jìn)行監(jiān)控，一部分根據(jù)工程情況分布在工程的重要部位，如閘門(mén)口、閘門(mén)水位處、重要機(jī)電設(shè)備處等等。它能將被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像和數(shù)據(jù)等信息準(zhǔn)確、清晰、快速地傳送到控制室監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)、直接地了解和掌握各個(gè)被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的當(dāng)前實(shí)際情況，監(jiān)控中心值班人員能夠直接根據(jù)被監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的情況作出相應(yīng)的反應(yīng)和處理。

3.2.4 水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)渠道的分布情況，擬在總干渠、支渠布設(shè)9處水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)。設(shè)備安裝位置設(shè)在渠道的關(guān)鍵部位，用于監(jiān)測(cè)渠道水位。在渠道中間選用非接觸式超聲波水位計(jì)，閘門(mén)附近選用壓力式水位計(jì)。每種水位測(cè)量均可通過(guò)有線或GPRS方式將實(shí)時(shí)測(cè)量的水位傳至分中心或監(jiān)控總中心。

3.2.5 流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在灌區(qū)內(nèi)部署流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)10處，位置分別在7個(gè)進(jìn)水閘、2個(gè)節(jié)制閘和1個(gè)沖砂閘、為計(jì)量水費(fèi)和用水配水提供依據(jù)和指導(dǎo)。主要設(shè)備采用采集傳輸設(shè)備、流速-水位法流量計(jì)測(cè)量河道水位，水位數(shù)據(jù)可通過(guò)有線或GPRS方式實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心。

3.3 功能實(shí)現(xiàn)

3.3.1 通過(guò)深入開(kāi)發(fā)和廣泛利用灌區(qū)信息資源，將提高信息采集、加工的準(zhǔn)確性以及傳輸?shù)臅r(shí)效性，使管理人員做出及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋和預(yù)測(cè)，為灌區(qū)科學(xué)供水、優(yōu)化配水和合理用水提供基礎(chǔ)保障。

3.3.2 通過(guò)對(duì)渠道及建筑物的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控和水位、流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制，有效地提高灌區(qū)管理的快速反應(yīng)能力，提升了灌區(qū)管理的效能，促進(jìn)灌區(qū)管理工作的健康發(fā)展。

3.3.3 通過(guò)閘門(mén)自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)渠道各關(guān)鍵設(shè)施、設(shè)備的遠(yuǎn)程調(diào)整操作，實(shí)現(xiàn)渠系閘門(mén)遠(yuǎn)程及就地自動(dòng)控制，為灌區(qū)科學(xué)供水、優(yōu)化配水和合理用水提供基礎(chǔ)保障。

4.結(jié)語(yǔ)

灌區(qū)信息化的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理的現(xiàn)代化。白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程信息化建設(shè)規(guī)劃充分利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備，逐步建立起遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、閘門(mén)自動(dòng)控制等自動(dòng)化信息系統(tǒng)，形成了一套科學(xué)合理、運(yùn)作高效的管理調(diào)度決策支持平臺(tái)，進(jìn)一步拓展完善了供水服務(wù)體系，保障了灌溉供水的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，全面提高灌區(qū)的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益，為全面實(shí)現(xiàn)灌溉工作、灌溉設(shè)施管理及灌溉用水信息管理的現(xiàn)代化打下了基礎(chǔ)。