淺談白沙灌區續建配套與節水改造工程信息化技術規劃

□宋 倩（河南省白沙水庫管理局）

1.基本情況

白沙灌區始建于20世紀50年代，以庫容為2.95億m3白沙水庫為水源，是新中國成立后河南修建的第一個大型水庫灌區。白沙灌區有南、北、東、新北干4條干渠，總長99.25k m；支渠8條，總長49.56km；斗渠143條，總長229km。灌區設計灌溉面積2.02萬hm2，有效灌溉面積1.36萬hm2，設計總引水流量40.25m3/s。效益覆蓋禹州市和許昌縣17個鄉（鎮、辦），292個行政村、1591個村民組、41.8萬人。白沙灌區運行50多年來，為周邊農業增產起到了至關重要的作用。近年來，隨著國家對水利建設投資的不斷加大，灌區續建配套和節水改造一期工程已完成，3條干渠，50km長的渠段煥發了新貌，工程設施和灌溉條件明顯改善，極大地促進了區域農業生產條件的改善和農村經濟的發展，工程效益和社會效益十分顯著。

2.白沙灌區信息化技術應用現狀及存在問題

水利信息化是水利現代化的基礎和重要標志，要充分發揮好灌區為農業生產的服務作用，現代化的管理是關鍵。灌區管理手段的先進程度，不僅反映一個灌區的科學管理水平，也是確保灌區工程安全運行、實現水資源優化配置、提高用水效率、保障灌區持續發展的實際需要。

2.1 信息化技術應用現狀

白沙灌區根據多年灌溉試驗實測數據和收集到的地理信息資料，于2008年建成了白沙灌區管理信息系統。該系統設計采用地理信息子系統(GⅠS)和管理信息子系統(MⅠS)結合的方式,增強了處理信息的能力。灌區地理信息子系統能夠在矢量圖形上對整個灌區進行點擊查詢以及屬性數據與圖形信息的雙向查詢。灌區信息管理子系統能夠進行數據錄入、維護、生成報表、打印、數據備份、模糊查詢和組合查詢以及數據的分析統計。該系統實現了對灌區的基本情況、統計資料、空間信息、相關報表的查詢和分析，做到了地理信息與數據庫信息的關聯查詢。不僅可以將數據以表格形式顯示和輸出，還將白沙灌區屬性數據和空間數據連成一體，有效提高了灌區管理水平。

2.2 存在的問題

2.2.1 數據采集處理方式落后，效率低。由于白沙灌區管理信息系統是單機系統，數據采集與處理方式仍依賴于人工測量錄入，收集的各種數據資料信息實時性準確性差、反饋速度慢，調度人員很難及時全面掌握灌區動態運行情況并及時調整調度運行方案，使得灌溉供水存在一定的盲目性和風險。

2.2.2 信息傳輸系統通道不暢、準確性差。目前，灌區各種運行、統計資料的傳輸，各種灌溉管理調度指令的發布，由于運行調度中間環節較多，使灌溉管理需傳輸數據的準確性、實時性大打折扣，人為出錯的幾率高，對故障及事故的反應速度慢，嚴重影響灌區的安全運行。

2.2.3 缺乏科學合理的管理決策支持系統。灌溉調度方案的形成及緊急突發事件的處置很大程度上取決于管理、調度人員的經驗和技術水平，而受所獲得信息量的局限性、非實時性和不確定性影響，調度人員提出的運行調度方案很難做到科學、合理，使灌溉供水生產的安全性、經濟性和生產效率受到很大影響。

3.白沙灌區續建配套與節水改造工程信息化建設規劃

隨著白沙灌區續建配套與節水改造工程建設的不斷推進，灌區水利工程設施進一步完善，充分利用現代信息科技，對現有灌區系統進行信息化改造，是全面提升灌區管理水平，充分發揮灌溉效益的迫切需要。白沙灌區根據實際情況開展了更為全面和先進的白沙灌區自動化信息系統建設規劃。

3.1 建設目標

立足工程設施，結合灌區特點，有效利用計算機自動控制技術、網絡技術、遙測傳感技術、通信技術、多媒體技術等現代信息技術，建立一個以信息采集系統為基礎、以高速安全可靠的計算機網絡為手段，以決策支持系統為核心的現代化灌區信息化管理系統。通過采用信息化管理技術和手段，提高對水資源的調控能力、水工程的自動化水平和水管理的信息化水平。

3.2 建設內容

白沙灌區自動化信息系統的建設內容是建成一個信息化監控中心，開發并部署“白沙灌區信息化軟件平臺”，實現灌區所有數據和信息的分類、存儲、計算、統計、發布，接收和顯示各分站和子站的視頻信號、數據信息以及運行狀態信息，同時對各個分中心進行集中控制和調度。

3.2.1 遠程監控系統

建立“白沙灌區信息化監控中心”，作為整個自動化系統的中樞負責對所有采集到的數據進行分類、處理、存儲、加工，最終通過灌區自動化應用軟件平臺實現數據的匯總、展示和應用，并結合相關數據為管理和使用者提供輔助決策支持。

建立6個分中心，作為信息采集控制的分節點，每個分中心負責所轄區域的閘門監測和控制、視頻監控子站的圖像存儲和采集，并負責將數據過互聯網傳至灌區信息化監控中心。

3.2.2 閘門控制系統

閘門控制系統由1個控制室和18處閘門控制點組成，包括監控終端計算機、網絡通信設備、供電設備和監控軟件等，網絡分布范圍包括灌區內7個進水閘、2個節制閘、1個沖砂閘、8個退水閘。閘門控制室通過計算機及工業控制設備實現對閘門的自動開啟和關閉。測控系統由可編程序邏輯控制器（PLC）、電氣主回路設備、自動化元器件等構成。

閘門控制系統可以實現閘門啟閉機監測數據的采集與處理，包括閘位數據、行程限位數據、啟閉機電機運行數據以及相關其他數據等；對閘門啟閉機的電動啟閉控制，并具備互鎖保護、限位保護、過載或欠載保護等安全措施；直觀顯示相關狀態量情況，跟蹤顯示閘位數據、啟閉機電機運行數據（電流、電壓等）；集中顯示所有監測內容數據，并能對閘門啟閉機進行自動啟閉控制；對于多孔數的閘門，通過測控柜之間的互聯可以實現對其他閘門啟閉機的集中自動控制與數據監測、顯示、查詢等；測控柜可以獨立運行，也可以與現場其他測控柜形成1套相對完整并且可以獨立工作的現場自動化控制系統，通過網絡也可以實現與上位機系統的互聯，形成整套的自動化遠程監控系統。能對狀態數據進行定期存儲,預留通信接口、控制接口等，同時也預留對其他相關數據的采集處理接口。

3.2.3 視頻監控系統

設置24處視頻監控站，一部分安裝至管理所附近的閘門進行監控，一部分根據工程情況分布在工程的重要部位，如閘門口、閘門水位處、重要機電設備處等等。它能將被監控現場的實時圖像和數據等信息準確、清晰、快速地傳送到控制室監控中心，監控中心通過視頻監控系統，能夠實時、直接地了解和掌握各個被監控現場的當前實際情況，監控中心值班人員能夠直接根據被監控現場發生的情況作出相應的反應和處理。

3.2.4 水位監測系統

根據渠道的分布情況，擬在總干渠、支渠布設9處水位監測點。設備安裝位置設在渠道的關鍵部位，用于監測渠道水位。在渠道中間選用非接觸式超聲波水位計，閘門附近選用壓力式水位計。每種水位測量均可通過有線或GPRS方式將實時測量的水位傳至分中心或監控總中心。

3.2.5 流量監測系統

在灌區內部署流量監測點10處，位置分別在7個進水閘、2個節制閘和1個沖砂閘、為計量水費和用水配水提供依據和指導。主要設備采用采集傳輸設備、流速-水位法流量計測量河道水位，水位數據可通過有線或GPRS方式實時傳送到監控中心。

3.3 功能實現

3.3.1 通過深入開發和廣泛利用灌區信息資源，將提高信息采集、加工的準確性以及傳輸的時效性，使管理人員做出及時、準確的反饋和預測，為灌區科學供水、優化配水和合理用水提供基礎保障。

3.3.2 通過對渠道及建筑物的遠程視頻監控和水位、流量的實時監測控制，有效地提高灌區管理的快速反應能力，提升了灌區管理的效能，促進灌區管理工作的健康發展。

3.3.3 通過閘門自動化控制系統實現對渠道各關鍵設施、設備的遠程調整操作，實現渠系閘門遠程及就地自動控制，為灌區科學供水、優化配水和合理用水提供基礎保障。

4.結語

灌區信息化的最終目標是實現灌區管理的現代化。白沙灌區續建配套與節水改造工程信息化建設規劃充分利用先進的網絡技術和設備，逐步建立起遠程監測、視頻監控、閘門自動控制等自動化信息系統，形成了一套科學合理、運作高效的管理調度決策支持平臺，進一步拓展完善了供水服務體系，保障了灌溉供水的安全性、可靠性和經濟性，全面提高灌區的管理水平和經濟效益，為全面實現灌溉工作、灌溉設施管理及灌溉用水信息管理的現代化打下了基礎。