寧夏固海揚水工程泵站信息化建設實踐與思考

陶 東，張 印，田志存，許 軍

（寧夏固海揚水管理處，寧夏 中寧 755100）

寧夏固海揚水工程是寧夏建設最早、規模最大的公益性生態扶貧揚黃灌溉工程。工程分為固海、同心和固擴三路灌溉系統，目前工程投運泵站30 座、水庫1 座與變電所22所，工程設計總流量41.2m3/s，安裝主機組201 臺（套），總裝機容量達20.38 萬千瓦。建設干渠、支干渠共39 條，總長464 公里，各類水工建筑物1459 座。工程年平均運行180天左右。固海灌區涉及吳忠市同心縣、紅寺堡開發區、中衛市沙坡頭區、中寧縣、海原縣、固原市原州區、國營長山頭機械化農場和中衛市羊場等3 市6 縣（區）2 場共16 個鄉鎮。年平均引水量4.61 億立方米，供水量4.0 億立方米，灌溉面積170.64 萬畝，屬國家大（2）型電力提灌工程。固海揚水工程為寧夏中部干旱帶群眾脫貧致富、農業經濟發展、生態環境改善及維護民族團結、促進社會發展起到了巨大的作用。

近年來寧夏固海揚水工程實施泵站信息化建設改造，按照水利“十三五信息化建設”的總體規劃，實施“互聯網+梯級揚水泵站”自動化信息化的建設思路，依托寧夏回族自治區政府電子政務公網和政府數據云平臺的公共資源，實現了33 基層站（所）、固海揚水管理處灌溉調度中心和水利云數據交換中心的網絡互聯互通和數據共享。管理處先后完成了“固海揚水工程泵站站級自動化系統建設”“固海揚水工程調度中心綜合業務信息化應用系統建設”“固海干渠測控一體化建設”等項目，達到了固海揚水工程業務管理信息化的全覆蓋，推動了固海揚水工程泵站自動化控制和工程運行管理的數字化、信息化發展。

1 固海揚水工程泵站信息化建設主要內容

固海揚水工程泵站自動化信息化的主要建設內容為固海揚水工程泵站站級自動化建設、固海干渠全渠系測控一體化建設以及固海揚水工程調度中心綜合業務信息化系統開發，實現了固海揚水工程全業務數據的精準采集感知、快速傳輸、集中存儲、統一處理、實時共享。主要建設內容為：

1.1 建立工程立體感知體系，實現業務源數據精準采集

固海揚水工程泵站自動化建設以大型泵站更新改造已建的固海系統和同心系統的16 座泵站站級自動化測控系統為基礎，對泵站的水文、流量、電氣運行數據、故障報警等信息進行數據采集，傳輸到本地自動化監控系統并同步到水利云平臺上，為機組的穩定可靠運行提供了數據支持。同時，固海揚水工程2018 年13 座中型水閘、124 處干渠直開口、20 處小高抽泵站、14 處閘閥等自動化測控項目的先后建成，完成了固海工程70%灌溉區域的灌溉自動化測控，分布在現場的監測設備將系統運行過程中產生的大量數據及時、準確地傳輸到本地監控系統和水利云平臺上，告別了傳統人工記錄、人工計算的工作方式，提高了業務數據的及時性和準確性。通過大數據分析，利用灌溉調度優化配水方案，再結合泵站遠程調水自動化系統實現了系統自動運行，有效實現了灌溉周期灌溉任務。

1.2 依托寧夏電子政務公網，實現了數據快速安全可靠傳輸

固海揚水管理處在電子政務公網的基礎上，利用MPLS VPN 和VLAN 網絡技術，建立語音通訊、視頻傳輸、自動化遠程監控和信息化業務數據傳輸4 個數據傳輸虛擬通道，將基層泵站機組設備各類自動化監控數據、干渠水情運行數據、灌區視頻監視數據等及時、準確地傳輸到對應的應用平臺上，提高數據傳輸的即時性、安全性。具體實現方法如下：（1）將各部門辦公系統劃分為不同的VPN 通道，使各部門辦公系統共享同一物理網絡且避免相互干擾；（2）局域網（每個站所）內劃分子網，在對應的交換機、路由器上建立VLAN（虛擬局域網），實現通信的物理隔離，方便管理和提高網絡的安全性。（圖1）

圖1 網絡傳輸拓撲結構圖

1.3 水利云平臺實現數據集中存儲、統一處理與安全共享

隨著水利信息化的快速發展，分散存儲數據的共享交換越來越頻繁。同時，水利數據涉及范圍廣、種類多、共享難度大。依托寧夏電子政務信息網，固海泵站以綜合專業數據庫與信息監測系統為基礎，采用消息中間件，構建了水利數據共享交換的混合云存儲方案，實現了各類水利數據應用系統、數據庫與數據文件之間的共享交換。改變傳統的數據分散存儲的模式，實現各類數據的集中存儲、統一處理與數據安全共享。

1.4 實現全業務模塊個性化平臺定制管理，提高業務人員工作效率

依托水利云平臺數據存儲和處理，結合電子政務公網，建成了涵蓋泵站調度管理、服務管理、工程管理、機電管理、安全管理、物資管理、水政管理、灌區“一張圖”和移動客戶端APP 應用的固海揚水綜合業務管理等功能的應用系統平臺，實現了管理處各生產科室、各部門、各單位信息資源共享、協同辦公。全面推動泵站工程管理從傳統的人工工作模式向數據自動匯總分析推送模式的轉變，進而達到了從用水計劃到配置供水給用戶過程的全自動化管控，全程信息化管理和科學輔助決策，達到了節約水資源的管理目標。（圖2）

2 提高了工程運行科學化管理水平

2.1 系統功能不斷豐富，應用范圍不斷拓展

自2010 年開始實施固海泵站綜合自動化建設，截止2019 年固海調度中心及其業務應用系統建成運行，在近9年的信息化發展建設歷程中，固海揚水泵站信息化應用達到了從機電運行管理到灌溉、工程、物資和安全的全方位管理，系統應用功能不斷豐富，應用范圍不斷拓展，實現了從泵站到灌區、從單站監控到泵站梯級調度的全區域信息化監控管理，基本形成了以調度中心為核心，以基層站所為骨干的信息化管理模式，滿足管理處日常生產業務辦理的全程網絡化。

2.2 業務數據分析不斷深入，管理效益凸顯

通過電子政務公網和云平臺，固海揚水工程建成了以管理處調度中心為核心，涵蓋固海揚水工程利用自動化的數據實時采集、大數據分析應用、渠系優化配水等功能，基本實現固海揚水生產業務的全方位監視和控制，揚水生產的全過程信息化、泵站管理數字化和網絡化管理，完成從水資源調度到泵站監控的自動化管控，提高設備運行效率，降低泵站能耗。

2.3 創新管理模式，助推工程運行管理改革

固海揚水工程利用固海系統和同心系統對16 座泵站生產業務的全方位監視和控制進行“數字化信息化”運行管理模式的探究，截止2019 年9 月已全部完成從調度中心進行泵站機組的全自動化優化調水、閘門動態流量分水運行等一系列遠程化操作調試。目前固海系統16 座泵站、13 座中型水閘、124 處干渠直開口、20 處小高抽自動測控、14 處閘閥自動測控功能完備可靠，在初步實現泵站“無人值班少人值守”的運行管理方式上邁出一大步，將為固海揚水工程現代化的運行管理提供新的管理方式。

3 固海揚水工程信息化發展的新期待

3.1 加大信息化基礎設施建設的深度和廣度

圖2 固海揚水綜合業務管理應用系統業務架構

根據固海、同心系統自動化信息化建設成功經驗，深刻領會到統一標準體系、軟硬件并舉、合理配置功能、加強系統集成、構建灌區信息資源共享等體系建設是信息化成功的保證。管理處在后續固擴系統自動化信息化的建設過程中，將運用已建工程中成熟的管理經驗和建設團隊，打造更加適應業務需求的固擴工程信息化，突出泵站運行智能化，完善優化決策和控制等功能，進一步提升泵站自動化與信息化建設的深度和廣度。

3.2 加快現有設施的升級改造，提升監測控制水平，保障工程安全運行

根據已建系統運行經驗，泵站工程信息化雖已基本滿足目前的業務需求，但是在建設的過程中發現還有許多方面需要在原有的基礎上進行建設、升級。特別需要提升泵站機組故障監測、診斷與預警水平，保障工程安全運行，更好地為灌區經濟發展服務。水利信息化永遠在路上，只有通過不斷地建設、改造與升級，才可以使大數據技術、計算機技術、和以調水配水建模等為主的信息化技術的應用范圍更加廣闊，才可以從根本上提高工程運行效率，構建現代化水利工程管理模式，真正推動水利工程的創新發展與技術的進步。

3.3 提升工程“數字化信息化”管理水平

泵站自動化監控基礎設備不斷升級，監測數據越來越精細化，立體感知體系不斷建設提升，利用大數據與灌溉模型智能分析與預判，真正實現灌區配水全自動化智能運行，達到工程運行效率更高、效益更好、安全性更高，最終形成“無人值守，少人值班”的成熟、完善的灌溉運行模式。不斷提高生產效率，不斷提升人民群眾的生產生活水平，促進社會的和諧穩定發展。

3.4 建立成熟的信息安全管理機制

信息安全管理機制及等級保護是數字化、信息化發展中的必要環節，隨著工程監測數據量的不斷增加，遠程控制、優化配水調度等功能的不斷實現，必須提升信息安全機制及系統保護等級，為數據與系統管理提供一個可靠安全的運行環境。因此，在后續信息化建設與改造中，必須把防止黑客入侵、數據容錯修正校核與完善信息安全管理機制作為建設重點。只有建立完善的信息安全體系，才能保證現有信息化的建設成果，同時促進“數字化信息化”灌溉調度運行平臺的快速成長。

4 結束語

固海揚水工程泵站信息化、自動化的建設和應用，為水利信息化的資源共享和社會化服務提供了新的途徑，大力實施“智慧水利”建設，以水利信息化創新驅動水利現代化為實踐方向，提高全員對泵站自動化、信息化建設應用的認識，注重水利自動化、信息化業務培訓和提升管理能力、水利信息業務全方位應用。以信息化改造傳統水利管理，創新泵站工程運行管理方式，進一步提高泵站自動化、信息化應用管理的專業化水平，全面提升泵站工程整體管理水平，推動揚水工程管理由傳統水利向現代水利轉型升級，為推進節水型社會和節水型生態灌區建設提供可靠的技術支撐，實現揚水工程的可持續高質量發展。