數字化管理系統在渠道工程運行中的應用

□溫利利（新疆伊犁河流域開發建設管理局）

某干渠工程起自引水樞紐西岸分水閘，渠線沿等高線由東向西延伸，全長130km，分為兩段，為大（Ⅰ）型Ⅰ等工程，其渠系建筑物根據設計標準不同分別為Ⅱ級～Ⅳ級建筑物。干渠工程組成包括渠首、輸水明渠、渠系建筑物及防洪設施。

1 渠道運行管理中數字化監測系統建設的目標與原則

為了能集中、快捷的監測渠道運行的全過程，特設管理處調度中心，擔負干渠工程運行、調度、管理職責。在調度中心能夠接收并處理工程的所有監測、監控數據，能對各監控系統進行遠程控制，以數據中心方式實現信息總集成，并為綜合應用業務和調度決策系統提供數據。及時、準確、可靠地完成自動化系統所需數據的自動采集、實時監測、實時預報、實時控制等，并能將采集的數據進行預處理、存儲并快速轉發至管理處信息分中心。在管理處實現所有信息集成及數據共享，為上級管理部門提供數據接口，以達到大型渠道監測無死角，且能及時有效的處理監測結果，從而保證渠道安全運行，充分發揮其經濟及社會效益。

2 信息化系統總體結構及功能

該干渠工程地理分布廣闊，其信息化系統是一個層次型多系統集成式（水情監測系統、閘門監控系統、視頻監控系統及各種應用軟件系統）的綜合性信息化系統。

在這個系統中，分布有各種專業監控系統，從不同方面對系統進行運行監視與控制，它們是系統原始數據的主要來源，同時也決定了系統的信息源是多方面的。各監控系統分別采集和存儲了各自的原始專業數據，這些數據服務于各自的專業系統以完成各種應用功能，并在各自的系統范圍內是完備和自包含的。但各監控系統間還需要相互集成，最終形成一個有機整體，以便為用戶提供統一集中的系統監控和管理手段，并為全局性的高級分析決策應用提供準確一致的綜合性數據中心，避免這些高級應用面對各個分散專業系統的局面。因此從總體邏輯上看，系統的層次結構如圖1所示：

圖1 系統的層次結構圖

從專業角度來分析，整個系統按功能模塊可劃分為6 個子系統：閘門監控系統、視頻監控系統、水雨情監測系統、數據中心系統、綜合應用和業務管理系統、用水管理決策支持系統。

2.1 閘門監控系統

閘門監控的對象為渠首閘門和輸水渠各類閘門。閘門監控站采用兩級控制，第一級為現地控制單元級，在閘門附近的現地控制盤上實現現地控制；第二級為遠程控制級，在管理處調度中心實現遠程控制。通過系統給上級部門提供的接口，在建設管理局可以實現整個工程所有閘門的遠程監視。而主控級功能及現地控制級功能又具體分為數據采集和處理、實時控制、安全運行監視、事件順序記錄、數據通信、系統診斷等多個環節。系統的安全性主要由系統結構保證。要保證各節點獨立，每節點的退出不影響系統的其它部分，這就使得計算機監控系統滿足判斷不合適或者不希望的動作和狀態的能力。

2.2 視頻監控系統

建立一套視頻監控系統，對各水工建筑、測站和關鍵輸水點進行視頻監控，通過通信系統將圖像信息傳送到干渠管理處調度中心，由管理處調度中心進行監視控制和數據、圖像存儲。視頻監控系統在技術上是對干渠工程的科學管理、做到少人值班、無人值守管理方針的具體體現。在近130km 輸水干渠，設置了較多的無人管理自動化程度較高的管理站（節制閘、退水閘、分水閘），遠程視頻監控系統為確保引水工程渠道、閘門、站房、機房設備等部分的安全運行，監視各閘門運行狀態、門體止水漏水情況、結構異常情況、渠道情況、上下游水流流態、管理站安全警衛等起到了非常重要的作用。

2.3 水雨情監測系統

干渠沿線共設44 個水位遙測站50 個水位遙測斷面，6 個雨量遙測站。水位遙測站均選取在閘門以及重要建筑物附近，通過對灌區沿線的水文要素進行自動采集、數據傳送、加工、存儲和顯示，可對全線的雨情和水情進行監測，制定調度計劃并向各監控站發出各種調度指令，以實現全線統一的控制調度和運行管理。所有水雨情站點均使用以太網方式進行數據通訊。

2.4 數據中心系統

數據中心的數據主要來自于水情及綜合監控系統，并服務于該系統。統一網關負責將管理處管理區需要進行數據集成的各監控系統數據從控制區分中心數據庫提取出來，穿越隔離裝置后送入分中心綜合數據庫，其主要工作是數據接口和穿越隔離。對象化模塊則將網關采集的原生數據依據對象模型整理組織生成對象關聯數據，以便二次加工，綜合表現和維護。對象建模是數據中心系統管理的核心，負責對管理處管轄范圍內的各種業務對象（如閘門、水庫、渠道、渡槽、排洪涵、水電站等）、數據對象和類別（雨量、庫水位、入庫流量、出庫流量、干渠水位流量、支渠水位流量、蒸發量、土壤水分、水質等）、加工規則（總加、平均、加權、最大、最小等）、報表模板、表現頁面等進行模型定義，用于控制和指導其它系統模塊的運行。

2.5 綜合應用和業務管理系統

結合干渠系統的開發需要和長遠發展考慮，實現全局辦公信息、資源的合理分布與共享；采用多層分布式計算結構，結合C/S、B/S 技術、最大限度地減輕系統維護量，同時提高整個系統功能的一致性和穩定性；能夠及時、準確地收集及發布各類辦公信息，水費、水資源信息以及管理信息。從系統功能上設立了辦公自動化系統、水費征收系統、取水許可管理子系統、水務公眾網站子系統、水資源評價子系統和工程管理子系統。

2.6 用水管理決策支持系統

干渠用水決策支持系統網絡系統設計滿足用水調度、安全監測在當前及將來相當長一段時間內對網絡的要求，從而達到提高信息化水平、實現先進管理思想的目標，又能在一定的時間內保持技術領先、保護投資，保證水資源調度、安全監測網絡系統的安全穩定運行，充分考慮用水調度及防汛信息管理系統的特點，特別強調水情自動測報系統的實效性、調度的合理性和安全評判系統的可靠性。以數據庫和知識庫作為基本信息支撐，通過總控程序構成專家決策支持系統的運行環境，輔以友好的人機界面和人機對話過程，有效地實現信息查詢和調度兩大操作功能。根據干渠運行管理的總體目標，用水管理決策支持系統包括水資源聯合調度及決策支持和水務公開，從整個干渠供水管理的角度，為用水管理提供決策依據。

3 結語

引水工程由于占線長，占用人員多，易出現漏檢、漏查，會使渠道的安全隱患不能及時處理，管理難度大。而信息化系統內監控和監測子系統可以適時解決這一難題，以最少的人員、最小的勞動強度使工程管理人員能夠及時準確地通過整個系統了解全渠道的運行情況、安全狀況，以便在運行中出現安全隱患或故障時及時采取有效措施，以保證渠道安全運行。而運行調度子系統則不同于該系統中的監控和監測子系統，其目的是通過水文和水力學數值計算模型預報系統的輸入條件(如入庫流量、引水渠的流量和水位等)和預測系統水量的供求關系，并根據這些預報和預測結果對系統進行合理有效的運行調度。管理者可以事先得到模擬計算的運行調度結果，然后利用這些計算結果作為決策信息精準計算出各項水文數據及相關引用水數據，通過系統監測結果對渠道全程安全運行及用水分配作出科學合理的管理決策。