灌區管理標準化信息系統設計研究

劉 芳

(燈塔市水利灌溉服務中心，遼寧 遼陽 111300)

0 引 言

水利工程是推動經濟發展的基礎設施，也是保障國家糧食安全和農業發展的基礎產業，而灌區是促進農業發展的必要條件[1]。大型灌區擔負著改善生態環境和城鄉生活的重要任務，對實現農村與農業經濟增長發揮著巨大作用，這也是各類農產品重要的生產基地[2]。中國對自動化控制農業灌區的技術研究最早起始于1950s，受施工經驗、歷史條件、成本資金、建設標準等條件限制，灌區整體質量較差且多處未達到設計標準，經過長期的運行絕大部分工程存在用水損失嚴重、水利設施老化、原配套程度低、工程標準偏低、渠系淤積等問題，加之運行管理不善進一步加速了灌區的老化失修，灌區管理自動化水平較低[3]。近年來，隨著水利信息化水平隨計算機技術的快速發展得以明顯提升，然而灌區信息化仍存在信息孤島嚴重、缺少規范統一的接口和資金投入不足等問題。為徹底轉變灌區重建設、輕管理的現狀，水利標準化管理明確提出了通過信息化建設提高灌區整體效益和管理水平，由此實現水資源配置、水雨情、灌區工程的信息化管理。

1 灌區管理標準化系統設計

1.1 信息化設計原則

根據灌區的實際需求、現狀情況以及水利信息化建設總體設計方案，遵循實用性、可靠性、標準化和開放性等原則建設信息化系統。

1.1.1 開放性

灌區管理系統建設應遵循統一開放性原則，通過對系統的標準化、模塊化、結構化處理，滿足縣級管理處、調度中心及上級管理部門實時調用各類信息的需求。

1.1.2 可靠性

灌區工程大多建設于偏遠山區，這些地區的網絡信號較差且信息傳輸效率低，因此要確保突發事件情況下信息的傳輸暢通，保證系統的運轉正常。

1.1.3 實用性

灌區標準化管理系統建設應考慮系統的可操作性和實用性，切實保證上級考核目標的實現，充分利用現有資源滿足灌區實際需要，科學設計系統模塊防止出現重復建設的情況。

1.1.4 標準化

為了形成一個有機的灌區管理整體，各分系統建設過程中還要遵循統一標準化原則，結合實際需求集成各類模塊建設管理系統。

1.2 系統總體框架

灌區信息化系統建設主要有數據層、采集層、用戶層和系統層，以規范化標準體系及穩定運行的環境為保障，為灌區管理提供科學指導，總體框架如圖1。

圖1 灌區管理系統的總體框架

1.2.1 用戶層

系統的使用者組成用戶層，并給用戶層按照不同的需求和工作內容分配相應的權限，一般劃分為工作人員、決策者和管理員等角色，系統分析各類需求與角色特性。

1.2.2 業務系統層

業務系統層處于系統的上層，其主要功能為管理人員提供各類服務，包括系統管理、報表統計、運行管理、組織管理和主頁等內容。采用B/S結構的系統層覆蓋灌區管理的全部內容，將Web GIS網絡瀏覽器應用模式與多層次可視化空間圖形操作界面相耦合，利用業務應用和綜合服務功能達到灌區標準化管理要求。

1.2.3 數據層

由數據中心管理與存儲系統數據，由此實現數據的維護、存儲、編碼、組織和分類，包括各種應用數據庫及數據庫系統。其中，數據庫的查找、更新、修改、刪除、增添等操作利用數據層實現，以運行管理規范與數據建設標準為基礎，全局考慮服務和存儲的內容，以存儲層構建規范、統一的數據標準，并結合具體的業務采用服務層完成相應的設計，保證數據設計的穩定性、實用性和有效性，為維持良好穩定的系統運行環境創造有利條件。

1.2.4 采集層

采集層具有信息的傳輸與采集兩大功能，即傳輸網絡和數據采集功能模塊，該層為組成系統的核心與基礎。其中，數據采集涉及視頻信息、工情信息、水雨情信息的采集，它是數據中心的主要信息來源，而傳輸網絡提供路由、網關、防火墻、計算機、服務器等支持系統運行的網絡環境及各種硬件。

2 管理系統實現技術

2.1 事項流程的控制

在系統中體現每個管理事項的操作流程為實現管理系統事項操作流程化的關鍵，充分考慮管理手冊相關要求流轉相應的流程。其中，流程的控制與流轉利用軟件系統來實現，以網絡中傳輸的信息流替代管理手冊的具體要求，通過紀錄流轉過程及規范事項處理流程，達到自動生成臺賬、邊界管理、留痕操作的目標。

2.1.1 日常檢查處理流程

按照防修并重、經常養護、及時檢查的原則，利用雇傭關系和專業的養護維修隊伍做好灌區工程的日常檢查工作。灌區管理范圍內的隧洞、渠系建筑物、渠道和渠首工程等為日常檢查的主要對象，進一步分為渠堤頂、渠道內外坡、節制閘等各類建筑物，以及保護范圍和渠道管理范圍內的違章建筑物、環境衛生等各種狀況。

必須嚴格按照相關規定完成日常檢查，巡查紀錄要及時填寫，并向工程技術管理科于每月月初上交匯總后的紀錄，利用巡查手機實時上傳巡查軌跡。工程巡查崗要及時上報發現的異常情況或安全隱患，對于瞞報、漏報、延報并產生不良后果的按有關規定處理。巡查過程中發現緊急問題時可現行采取果斷措施，巡查崗位人員及時匯報情況，最大程度的降低可能產生的損失。根據工程問題的嚴重程度水安全保衛科和工程技術管理科，對上報的問題實施相應的處理措施，情況緊急時還要啟動應急方案，同時上報管理部門，詳細流程如圖2。

圖2 灌區管理日常檢查流程

2.1.2 定期檢查

每年灌溉期前后實施的全面定期檢查，可保證工程的維修養護和灌區的安全供水，按照日常檢查規范確定檢查的路線、內容和范圍。工程技術人員原則上要參與定期檢查，灌溉期前后至少各檢查一次并歸檔、整理有關資料，為改善灌區環境還要及時養護灌區各項機械設備。此外，充分考慮灌區渠道、水工建筑物實際情況，合理制定標段養護計劃和管護進度，在規定時間內保證管護和檢查工作的按時完成，切實提高工程養護質量；對水工建筑物實行定期檢查，及時上報發現的問題并給出合理的解決方案，保證行水期內渠道的安全；加強行水期內的渠道管理提高灌區用水效率，確保用水秩序和灌溉工作有序進行。通過對水利設施利用簡單的工具檢查、修補以及實行專養、勤養，最大限度的延長工程使用年限和消除安全隱患。

2.1.3 特別檢查

針對受特大暴雨、極端氣溫、有感地震等可能引起安全隱患的情況，或者灌區出現險情的條件要實施特別檢查。檢查前向上級主管單位上報檢查計劃，具體的組織實施一般由管理局領導負責；檢查時邀請上級主管部門安排專員和工程管理技術人員參加，也可結合實際情況對灌區工程委托專業檢測機構實施安全鑒定；檢查后及時完成檢查報告的編寫以及局領導的審核，并上報備案，詳見圖3。

圖3 灌區管理特別檢查流程

2.1.4 維修養護

全面清理影響灌區正常供水的渠道垃圾、渠坡雜草、渠底淤積等屬于養護工作的主要內容，對于存在的各類破壞或損壞應及時消除，由此改善灌區水利設施原有狀況，經維修養護確保工程的正常運用和完整。此外，年度維修、日常維修和養護為構成維修養護的三種常見類型。

2.1.5 檔案管理

通過規范檔案管理明確工程信息，通過繪制水利設施分布圖以及工程信息登記造冊，并且要求管理崗及時歸檔、管理、收集各類資料，向管理崗人員與檔案負責人按要求移交相關資料，檔案管理工作由辦公室統一負責。

2.2 閘門智能化調度的實現

2.2.1 遠程控制

現地單元為實現閘門遠程控制的基礎，其中現地單元有供電系統、網絡傳輸系統、視頻槍機、閘前雷達水位計、控制電氣元器件、現場控制PLC、主令閘位計、閘門開度儀等。當前，比較常用的控制方式有系統遠程控制、現地遙控控制、現地手動控制。

根據數位模擬量和開關數據實施遠程控制，其完成信息采集的途徑為運城采集，利用網絡技術將數據主動輸送至集控中心。水閘現場的實時情況利用集控中心計算機完成監測，閘門開關的遠程控制還要考慮實際情況。在閘門開度儀大于限值或電機過載的情況下，系統自帶的安全限位功能自動關閉以保護啟閉平臺、螺桿和電機。

2.2.2 智能化調度

根據不同的需求、時間、區域用戶制定相應的灌溉方案，科學利用調度模型自動決定閘門的開度、時長、時間以及是否關閉或開啟等，該過程即為灌區的職能調度。通過系統遠程調度將運行結果反饋至用戶，自主完成灌溉任務以及提供輔助決策數據，其關鍵技術主要有以下內容：①依據水動力學調度模型數據中心完成運算和調度預案設計，然后利用指令將預案下發終端、終端開閉閘門實現水資源調度。②紅色、黃色和藍色為調度預案的三種類型，其中系統自動開閉閘群無人值守程序(藍色預案系統)；系統向各級負責人發送預案，經審批實施閘群操作(黃色預案)；未及時審批紅色預案，系統向開發方相關人員以及所有子系統緊急發送有關信息，為緊急情況的人工干預處理提供科學指導。

3 結 論

灌區管理標準化系統是監督考核水利標準化和全過程動態管理的有效方法，也是驗收工程管理的重要環節。灌區管理標準化以信息化為內在驅動力，由此實現監測信息和工程臺賬信息的全面監管，為管理單位的日常管理和灌區工程的正常運行提供服務，對建設美麗鄉村、強監管、保安全的灌區發揮著重要作用。