哈密市石城子灌區(qū)信息化測報系統(tǒng)優(yōu)化設計方案研究

孔祥峰

（哈密市石城子水系流域管理總站，新疆 哈密 839000）

石城子灌區(qū)經(jīng)過多年的建設，已經(jīng)取得了較好的節(jié)水和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效益，促進了石城子灌區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展，使灌區(qū)的工農(nóng)業(yè)用水得到了一定程度的改善。但整個灌區(qū)水資源調(diào)度管理的水平仍然比較粗放，用水浪費嚴重，灌溉水利用率十分低下，水資源時空分布不均造成的水資源短缺、水生態(tài)環(huán)境惡化的狀況短時間內(nèi)難以扭轉，灌區(qū)水資源季節(jié)性供需不足的矛盾十分尖銳。在這樣的形勢面前，灌區(qū)必須創(chuàng)新思路，尋求新的發(fā)展和突破。深入推進信息化項目建設，以信息化帶動灌區(qū)水管理工作的現(xiàn)代化［1]，促進生產(chǎn)方式的轉變，實現(xiàn)從灌溉粗放型向節(jié)水型的轉化，是深化灌區(qū)改革發(fā)展的有效途徑，也是灌區(qū)信息化建設的必然需求。

1 已建信息化系統(tǒng)情況及存在的問題

石城子灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造建設內(nèi)容的實施，為主要骨干渠系的改造，信息化建設相對薄弱。建設的內(nèi)容主要為石城子水庫的安防、部分水情監(jiān)測站及配套的數(shù)據(jù)采集軟件、石城子渠首的自動化。與水利事業(yè)迅速發(fā)展的形勢要求及信息技術日新月異的進步相比，灌區(qū)的信息化建設還有非常大的差距，存在一些急需解決的問題。

（1）水量在線監(jiān)測點遠遠不足。根據(jù)實地調(diào)研，灌區(qū)已建的水位/流量監(jiān)測點覆蓋范圍及密度有限，且建設已經(jīng)歷了十多年的時間，先后有不同的公司參與過項目建設，管理單位缺乏運行維護資金和專業(yè)人才，基礎信息采集設備損毀嚴重。因此，加強并完善基礎信息的采集、傳輸，遠遠不能滿足對渠道水量進行在線監(jiān)測的需求，需要對水位/流量監(jiān)測點進行更新及補充完善。

（2）基礎信息系統(tǒng)建設尚需完善和加強。由于受當時技術條件和投資渠道的限制，一些對灌區(qū)水管理工作非常有用的基礎信息的采集，一些為實現(xiàn)水資源的科學管理與優(yōu)化調(diào)度必須搭建的基礎信息采集點在前期建設中未能列入。

（3）信息共享困難，未建立起統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和應用平臺。從專業(yè)融合角度來看，受到當時信息技術水平、投資渠道、工程建設進度等制約，信息化系統(tǒng)的各個業(yè)務系統(tǒng)基本采用獨立、分期建設，各個專業(yè)系統(tǒng)存在條狀化特點，業(yè)務比較分散、數(shù)據(jù)共享比較困難、維護管理比較復雜。灌區(qū)不能從全局上下進行管理。

（4）未建立起完善的灌區(qū)信息化標準體系和評測評估體系。由于缺乏完善的灌區(qū)信息化標準體系和評測評估體系，灌區(qū)信息系統(tǒng)的建設缺乏一致性和連貫性，導致系統(tǒng)之間很難共享。另外，信息化系統(tǒng)建設管理制度也需要進一步完善。

2 信息化測報系統(tǒng)優(yōu)化建設

2.1 優(yōu)化系統(tǒng)總體思路

哈密市石城子灌區(qū)信息化測報系統(tǒng)優(yōu)化總體框架分為基礎設施層、數(shù)據(jù)資源層、應用支撐層（應用支撐、服務支撐）、業(yè)務應用層（業(yè)務應用系統(tǒng)和移動應用系統(tǒng)）以及建設管理保證體系與運維管理保障體系。圖1 描述了各層之間的相互邏輯關系及其內(nèi)部的邏輯關系。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2.2 優(yōu)化系統(tǒng)基礎設施建設

優(yōu)化系統(tǒng)基礎設施主要是建設自動化信息采集系統(tǒng)（圖2），包括水庫庫水位監(jiān)測、管道水情監(jiān)測、渠道水情監(jiān)測、水庫上游降雨監(jiān)測、視頻監(jiān)視和圖像監(jiān)視。監(jiān)測通過GPRS、雷達水位計傳輸實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至已建數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，通過水庫庫容曲線實時推算水庫的蓄水量信息，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算方式，計算庫水位、蓄水量、統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

視頻信息通過自建光纖接入到石城子供水調(diào)度中心的網(wǎng)絡硬盤錄像機，再通過自建光纖傳輸?shù)绞亲铀畮烨坠?jié)點，在石城子水庫渠首節(jié)點通過運營商專線傳輸?shù)绞亲铀畮旃芾碚荆偻ㄟ^運營商專線傳輸?shù)绞亲铀盗饔蚬芾砜傉?。實現(xiàn)石城子水系流域管理總站、石城子水庫管理站、石城子供水調(diào)度中心均可觀看已建視頻圖像。

圖2 灌區(qū)自動化信息采集系統(tǒng)

2.3 優(yōu)化信息化軟件系統(tǒng)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫的建設

參照相應數(shù)據(jù)庫建設標準，建設石城子灌區(qū)基礎信息數(shù)據(jù)子庫，主要包括基礎信息數(shù)據(jù)子庫、綜合業(yè)務數(shù)據(jù)子庫、地理空間基礎數(shù)據(jù)子庫。

（1）基礎信息數(shù)據(jù)子庫。建設基礎信息數(shù)據(jù)子庫，實現(xiàn)對石城子灌區(qū)水庫、渠首、渠道、水閘和水情監(jiān)測站點等基礎信息的存儲與管理。

（2）綜合業(yè)務數(shù)據(jù)子庫。建設綜合業(yè)務數(shù)據(jù)子庫，實現(xiàn)對石城子灌區(qū)農(nóng)作物種植情況、年用水計劃、配水計劃、水庫蓄水、渠道放水、用水戶需水、實際用水及應收水費等業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲與管理。

（3）地理空間基礎數(shù)據(jù)子庫。建設地理空間基礎數(shù)據(jù)子庫，在哈密水利數(shù)據(jù)庫基礎上，補充完善石城子灌區(qū)地理空間基礎信息，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲和管理。地理空間基礎數(shù)據(jù)子庫主要內(nèi)容：石城子水系河流基礎要素、灌區(qū)水利工程、灌區(qū)輸水工程、灌區(qū)量水設施、管理機構等數(shù)據(jù)。

石城子灌區(qū)基礎信息、地理空間基礎數(shù)據(jù)和歷史業(yè)務資料，完成數(shù)據(jù)的入庫，可為哈密市石城子灌區(qū)信息化測報系統(tǒng)的運行提供本地數(shù)據(jù)。

2.3.2 優(yōu)化應用系統(tǒng)

應用系統(tǒng)著力于灌區(qū)水情測報和預警預報、水資源管理和配水調(diào)度、灌區(qū)工程基礎信息管理，以及綜合監(jiān)管灌區(qū)農(nóng)業(yè)、城市生活用水、工業(yè)等各類用水情況的綜合應用系統(tǒng)?；诠鄥^(qū)三維數(shù)字平臺實現(xiàn)水流演進及影響范圍分析模擬，通過水情監(jiān)視預警、水資源調(diào)度情勢分析和配水調(diào)度管理等功能，為灌區(qū)防汛預警、水資源調(diào)度管理等工作提供決策支持，提升灌區(qū)水資源精細化調(diào)配水平，從而推進石城子灌區(qū)水資源的高效利用。實現(xiàn)與已建應用系統(tǒng)的集成整合，提升與哈密市水利局之間監(jiān)管協(xié)同、業(yè)務協(xié)同、治理協(xié)同的信息化支撐能力。應用系統(tǒng)結構見圖3。

圖3 應用系統(tǒng)功能結構圖

（1）水資源管理與調(diào)度系統(tǒng)。水資源管理與調(diào)度系統(tǒng)主要服務于石城子灌區(qū)水資源管理與配水調(diào)度工作，充分利用已建信息化成果，提供灌區(qū)農(nóng)作物種植情況、水庫水情、渠道水情、用水戶需水量和實際配水量等信息的錄入功能，完成水情資料整編、用水量統(tǒng)計、應收水費計算，實現(xiàn)對石城子灌區(qū)的水情監(jiān)視預警、水量調(diào)度情勢分析、計劃執(zhí)行情況以及用水戶需水、用水和水費征收的統(tǒng)計對比。

（2）灌區(qū)三維數(shù)字平臺?；谑亲庸鄥^(qū)三維建模成果，在灌區(qū)三維數(shù)字平臺中，提供三維地形場景展示，用戶可用不同的視角，立體、直觀、全面地查看石城子范圍內(nèi)地形地貌的分布情況。提供地圖工具箱，用戶可在三維地圖上進行裁剪、三維分析、測量等操作。同時，基于石城子灌區(qū)工程基礎信息，在三維地圖上實現(xiàn)對水庫、渠首、渠道等建筑物的標注，提供電子沙盤功能?；诠鄥^(qū)三維數(shù)字平臺，實現(xiàn)水流演進及影響范圍分析模擬，為灌區(qū)水資源管理工作提供決策支持。該平臺包括三維交互展示、三維GIS 分析、三維在線監(jiān)視和三維態(tài)勢分析功能模塊。

（3）工程信息管理系統(tǒng)。工程信息管理系統(tǒng)主要對灌區(qū)內(nèi)基礎設施的工程屬性進行管理，實現(xiàn)全灌區(qū)范圍內(nèi)主要水利工程信息的收集、整理、存儲、查詢及更新。重點實現(xiàn)灌區(qū)主要干支渠（北干渠、青年渠、團結渠、友誼渠）及干支渠上重要測點、閘門、水庫等水利工程信息的管理，方便灌區(qū)管理人員了解灌區(qū)內(nèi)各水利工程的基本情況及運行狀況。

（4）移動應用系統(tǒng)。移動應用系統(tǒng)主要服務于石城子水系各配水節(jié)點水情和巡檢信息的上報、查詢等工作，實現(xiàn)人員定位和在崗情況登記功能，同時為各用水單位提供相關配水節(jié)點水情信息的查詢功能，為石城子水系日常管理工作提供信息化平臺。

3 結語

隨著科技的不斷進步，灌區(qū)測報系統(tǒng)信息化是未來的趨勢。本文在分析目前哈密市石城子灌區(qū)已建信息化系統(tǒng)情況及存在的問題的基礎上，對灌區(qū)信息化測報系統(tǒng)進行優(yōu)化方案設計，提出優(yōu)化系統(tǒng)基礎設施建設和優(yōu)化信息化軟件系統(tǒng)的措施，全面提升灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平，加速推進從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利的歷史性跨越。以中央和自治區(qū)關于水利工作的精神為指針，立足新時期灌區(qū)水利工作面臨的新形勢、新要求，建設實用、先進的灌區(qū)信息化系統(tǒng)，切實提升石城子灌區(qū)水情監(jiān)測預警能力和水資源精細化管理水平。