陸渾灌區信息化系統設計與實現

李敏，郭英武，張宏圖

(河南省陸渾水庫管理局，河南 洛陽 471003)

1 陸渾灌區概況

陸渾灌區位于河南省西部，地處嵩山和熊耳山谷地的淺山丘陵區，跨黃河、淮河兩大流域，自陸渾水庫引水。灌區范圍涉及平頂山、洛陽、鄭州三市的七個縣(市)，共計51個鄉鎮。陸渾灌區現有總干渠、東一干渠、東二干渠和西干渠4條干渠，總長287.13 km。灌區土地總面積22萬hm2，灌區設計灌溉面積895 hm2，目前有效灌溉面積436.10 hm2。

河南省陸渾水庫管理局(以下稱省局)隸屬于河南省水利廳，是陸渾灌區的主管單位，行使灌區骨干工程建設及用水調度權。工程管理：省局下設總干渠管理處、東一干渠管理處兩個二級機構分別負責總干渠、東一干渠上段工程；其它干渠工程分別由其所在行政區政府成立的專管機構(以下稱各縣、市局)負責，支斗渠以下工程一般由受益用水戶自主管理。用水管理：灌區用水戶有用水需求時，先由各二級管理單位協商用水戶并制定用水計劃，后上報省局統一調度，各二級管理單位的管理段所直接負責所轄渠段的用水管理。各縣、市局管理單位的人事、財務等事權歸屬地方政府，業務上接受省局指導，各縣(市)局及其它用水戶按照有關規定或協議按用水量與省局進行水費結算。

2 信息化系統建設需求分析

2.1 提高灌區信息管理與應用水平的需要

之前，陸渾灌區信息處理手段落后，沒有實現信息共享，信息利用效率低，不僅影響到對灌區工情、水情的及時、準確、全面掌握，也嚴重影響了工程的安全運行。因此，利用現代信息技術，對灌區信息進行標準化、規范化的數字化管理和應用，是陸渾灌區發展的迫切需要。

2.2 優化配置水資源的需要

長久以來，如何優化輸水調度，精準水量配置，提高用水效率，一直是擺在省局面前的難題。利用現代化信息技術，加強對水資源信息的監測、監控，并對有關信息進行及時分析、處理，進一步提高灌區水資源優化配置的科學性、合理性，是陸渾灌區多年爭取的發展目標。

2.3 建設節水型灌區的需要

近年來，陸渾灌區工農業經濟高速發展，灌區可利用水資源日顯短缺，陸渾水庫水資源逐漸成為當地經濟發展的必要支撐。將高新技術與傳統的農業技術相結合，充分利用現代科學技術，建設集信息采集、處理、監控、決策、反饋為一體的用水管理體系，大幅提高水資源利用效率，從而將陸渾灌區打造成現代化的高效節水型灌區，已成為陸渾灌區各管理單位的強烈共識。

2.4 提高灌區管理水平的需要

同比較之下，陸渾灌區信息采集、處理技術落后，整體管理水平偏低，利用現有科學技術建設灌區信息化工程，為灌區供水運行和其它日常事務管理提供有效的技術支持，按照國家規定的灌區規范化、標準化管理要求，在逐步提高灌區現代化管理水平的基礎上，逐漸提高管理效率并有效降低管理成本，已成為陸渾灌區管理的當務之急。

3 系統架構設計

陸渾灌區目前存在且可能長期不變的管理體制，決定了灌區系統總體設計的復雜性。多層次多部門的交叉管理，遠程輸水、網絡辦公等多層面的業務需求，是系統總體設計必須關注的要點。一旦系統總體結構設置不合理，將導致系統出現嚴重缺陷甚至不能有效使用，也會為系統后期應用和升級帶來較多困難。因此，按照現代化灌區建設、管理的較高標準，本著統一規劃、分期實施、技術先進、實用高效的原則，陸渾灌區信息化系統架構設計為：

在河南省陸渾水庫管理局建立陸渾灌區信息中心，在陸渾灌區4個縣(市)管理局、省局下屬的干渠管理處和1個水庫管理處設立二級監控中心，在干渠沿線渠道管理段所建設三級管理站。從安全角度考慮，在陸渾灌區信息中心分類設置服務器，針對各應用子系統構建相應數據庫。

在各二級管理單位建設二級信息中心，建設局域網絡并通過Internet與省局及其所轄段所建立網絡鏈接，并布置服務器，建設用于本單位使用的閘門監控、用水管理、視頻監視、視頻會商、OA辦公等系統。此體系設計滿足了多層級互連互通、基礎數據統一管理、各單位又可獨立一域自成網絡的基本要求。

在滿足體系完整、結構合理、運行通暢、效益明顯要求的前提下，根據實際需要，在灌區渠道工程、灌面的關鍵點位建設水情、雨情、墑情等基本信息采集點，所有信息均通過無線或有線網絡上傳省局信息中心，閘門監控、視頻監視儀等設施通過光纜接至三級管理站，上級各部門可根據需要隨時監視查看。

4 系統建設與實現

4.1 通信網絡組建

陸渾灌區渠線長，涉及面積廣，且各管理單位相距甚遠，因此，通信網絡建設是灌區信息化系統能夠高度集成和靈活運行的基礎。該模塊包括省局連接各縣(市)局、各段所的網絡通路，以及各單位獨立的網域，還包括信息采集點上傳的無線通道。設計根據不同性質數據流和數據采集環境需要，選擇合理的數據傳輸方式和途徑，將一級和二級單位的內部局域網組建、數據流調配、服務器布設均在此模塊中統籌考慮。

陸渾灌區信息化系統工程共為13個基層段所建立了100 M帶寬、為省局和四個二級單位建立了300 M帶寬的互聯網絡；灌區及水庫雨情信息通過北斗衛星、渠道水情通過GPRS模塊直接上傳到省局信息中心；灌區工況及墑情等其它信息通過網絡間接接入省局信息中心；視頻監視及閘門遠程控制系統設備等則直接接入相關段所。

4.2 數據庫及服務器構建

省局信息中心的服務器是信息化系統的核心。從系統運行的信息安全、穩定、高效方面考慮，根據實際需要，在不同的服務器上獨立構建了數據庫。陸渾灌區信息化系統數據庫包括：基礎信息、GIS信息、水文信息、用水管理、OA系統、門戶網站等數據庫，共設置了用于基礎數據、門戶網站和OA辦公的3個服務器。

4.3 信息采集點布設

陸渾灌區的工程狀況、土壤墑情、渠道水情、視頻監控、閘門控制等信息由相應的信息采集設備數字化后通過有線或無線網絡上傳至相應數據庫，各類應用軟件系統根據需要可隨時查詢、處理、調用。陸渾灌區共建設信息采集點如下。遙測雨量站：在陸渾水庫控制流域及灌區內建設遙測雨量站24個，實現降雨信息的實時采集和存儲；墑情采集點：在全灌區有區域代表性的地方布設GPRS型土壤墑情傳感器12套；干渠水位站：沿總干渠、東一干渠上段共設置磁致伸縮水位計23處；口門流量監測點：對總干渠、東一干渠上段引水量較大的40個灌溉用引水口門安裝了巴歇爾槽；視頻監控：在總干渠、東一干渠段所附近的上下游渠道上及大型建筑物附近安裝高清監控攝像機58臺；水庫水位站：分別在伊川第二、第二電廠水庫和汝陽工業園水庫內安裝雷達水位計3套；氣象站：設在灌區中心位置的內埠段；閘門遠程控制：建設遠程控制干渠節制閘、退水閘12孔位。

4.4 應用軟件系統建設

建設一個實時、快速、精準、高效的，以灌區數據信息處理、存儲、輸出為基礎，以提供綜合信息從而支持決策為目標的實用的應用軟件系統，是灌區信息化建設的最終目的，也是信息化系統切實發揮效益的出口。根據陸渾灌區業務管理需要，建設的信息化應用子系統主要有：陸渾灌區GIS地理信息系統、陸渾防汛管理系統、雨水情測報系統、視頻監控系統、用水管理系統、OA自動化辦公系統等。

5 經驗及建議

5.1 灌區信息化建設應統籌規劃

灌區信息化建設是覆蓋面廣、投資多、運行成本大且技術含量高的大工程，對信息采集點的選點布局、信息采集方式、運行管護及后期投資等，一定要進行全面、深入的考察和論證。對信息采集點的布置，逐點進行必要性、可行性分析，確定需要布點的緣由，避免簡單地按區域或渠道長度進行批量布設。

5.2 需求分析是系統開發的關鍵環節

在業務信息系統開發建設過程中，要特別重視和做好軟件系統開發前的需求分析和數據流的分析、驗證等工作，并對各個階段的工作成果進行審核與確認。對于一個軟件系統開發，需求分析和數據流設計應占整個系統開發技術份額的一半以上，是決定信息系統開發成敗的關鍵因素，其重要性不言而喻。

5.3 技術及后期支持事關信息化成敗大局

灌區信息化系統能否有效地長期運行并良好地發揮作用，與能否得到開發單位良好、持續的技術支持和服務，以及系統不斷地改進完善和升級有很大關系。因此，要高度重視系統開發的技術定位，并確保系統建成后能夠得到相應的技術支持和服務；管理單位更要高度重視系統的日常運行管理，加強系統的維護投入和管理人員的業務提升。

5.4 確保自動控制閘門的啟閉安全

閘門自動化控制應以現地為主，采用多級控制時必須實行現地優先的原則，并細致完善操作規程，使其具備隨時處理意外事故的能力。尤其對干渠上的大型閘門實施遠程自動控制，必須對其安全性進行細致的個案論證，建立多重安全防范體系，并具備自動控制系統失效情況下閘門能夠正常啟閉的基本保障措施，以確保設備、工程安全運行。

5.5 重視野外設備的安全防護

灌區信息化系統大部分設備處在荒郊野外，易遭受天氣變化、人為偷盜破壞等影響，設備的防雷、防水、防盜等至關重要。因此，系統設計時要重視設備的安全防護，盡可能將設備布置在房屋、豎井內或不易到達的隱蔽地方，以減少設備與外界的接觸，還要考慮到管理人員在日常檢查、維護中的便捷要求。