信息化管理在鴨河口灌區(qū)的應(yīng)用

□盧玉明 □江 立

(南陽(yáng)市鴨河口灌區(qū)管理局)

一、灌區(qū)基本情況

鴨河口灌區(qū)興建于1966年，是河南省最大的水庫(kù)自流灌區(qū)，也是全國(guó)十大灌區(qū)之一，效益涉及南陽(yáng)市的宛城、新野、唐河、方城、社旗5縣（區(qū)）33個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn) (辦事處)，灌區(qū)總面積2400km2，總耕地16.10萬(wàn)hm2，總?cè)丝?48.37萬(wàn)人。灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積15.87萬(wàn)hm2，現(xiàn)有有效灌溉面積8.84萬(wàn)hm2，實(shí)際澆地能力已達(dá)10.67萬(wàn)hm2。

二、灌區(qū)實(shí)行信息化管理的重要性和必要性

“水利信息化是水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志，必須把水利信息化作為一項(xiàng)戰(zhàn)略性任務(wù)，抓緊抓好。通過(guò)一系列應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)，提高信息采集、傳輸?shù)臅r(shí)效性和自動(dòng)化水平，為實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置提供手段，為防汛抗旱決策提供依據(jù)，為水利更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造條件。”灌區(qū)信息化作為水利信息化的重要組成部分，已經(jīng)得到了政府各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視。通過(guò)積極穩(wěn)妥地推動(dòng)大型灌區(qū)信息化建設(shè)，提高灌區(qū)的管理水平，確保灌區(qū)工程安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，提高用水效率，保障灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展。

灌區(qū)要實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利和可持續(xù)發(fā)展水利的歷史性跨越，必須有水利信息化提供重要的技術(shù)支撐保證。所以信息化是實(shí)現(xiàn)水資源統(tǒng)一管理、水資源優(yōu)化配置、提高水資源利用率和利用效率的基礎(chǔ)和前提。水資源實(shí)時(shí)監(jiān)控管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)是信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。

鴨河口灌區(qū)由于供水調(diào)度測(cè)量點(diǎn)多、地域分布廣、地理位置分散，采用常規(guī)的人工方式來(lái)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)已不能滿(mǎn)足水利工程的運(yùn)行和管理需要。為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，合理利用水資源，結(jié)合灌區(qū)管理體制改革，建設(shè)灌區(qū)現(xiàn)代化管理系統(tǒng)十分必要，灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)正是由此而生。

三、灌區(qū)實(shí)行信息化管理的目標(biāo)

灌區(qū)信息化建設(shè)的總體目標(biāo)是：運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理手段，初步建立起一個(gè)覆蓋整個(gè)灌區(qū)及其相關(guān)地區(qū)，以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、通信傳輸系統(tǒng)為保障、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依托、決策支持系統(tǒng)為核心的，能提高灌區(qū)管理水平、促進(jìn)灌區(qū)技術(shù)優(yōu)化和提高用水效率的水利管理信息系統(tǒng)，為灌區(qū)水資源的優(yōu)化配置、合理利用和環(huán)境保護(hù)提供調(diào)度運(yùn)行決策支持。要求系統(tǒng)總體上處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平，部分達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平并具有良好的可擴(kuò)展性。

四、灌區(qū)建設(shè)信息化管理系統(tǒng)的原則

為了能夠使系統(tǒng)工程的建設(shè)投資少、見(jiàn)效快，既先進(jìn)實(shí)用、又具有前瞻性，其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和軟件工程開(kāi)發(fā)須遵循以下原則：

（一）整體設(shè)計(jì)與分期實(shí)施相統(tǒng)一

灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)涉及灌區(qū)范圍內(nèi)的各行各業(yè)和各個(gè)部門(mén)，所面臨的問(wèn)題眾多，任務(wù)十分繁重。因此，必須進(jìn)行系統(tǒng)分析，統(tǒng)籌規(guī)劃，全面設(shè)計(jì)，做到一次規(guī)劃，分期實(shí)施，分級(jí)管理。

（二）新建擴(kuò)建與改造完善相結(jié)合

充分利用灌區(qū)已建各類(lèi)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟、硬件條件，并加以改造和完善補(bǔ)充，使其融入灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)。

（三）先進(jìn)性和實(shí)用性相兼顧

充分考慮灌區(qū)的自然條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，結(jié)合灌區(qū)水資源系統(tǒng)的現(xiàn)狀，從灌溉水資源優(yōu)化配置的實(shí)際需要出發(fā)，采用成熟的技術(shù)和方法，力求在技術(shù)上具有先進(jìn)性，又要保證其實(shí)用性。做到高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、高科技投入、高水平管理、高效益產(chǎn)出。

（四）兼容性和可擴(kuò)展性相協(xié)調(diào)

灌區(qū)信息化建設(shè)是一項(xiàng)多學(xué)科交叉、覆蓋范圍廣泛、技術(shù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，所以系統(tǒng)各部分的設(shè)計(jì)在遵守各自相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的同時(shí)，要做到與其它系統(tǒng)的相互兼容，協(xié)調(diào)或統(tǒng)一有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未能涵蓋的結(jié)構(gòu)及接口要求，保證系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性和可擴(kuò)充性。

（五）信息系統(tǒng)安全作為重點(diǎn)

充分利用先進(jìn)加密解密技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，對(duì)重要數(shù)據(jù)定期備份，確保灌區(qū)綜合管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，并利用操作日志記錄對(duì)灌區(qū)綜合管理系統(tǒng)的全部操作，提供強(qiáng)大的信息系統(tǒng)審計(jì)功能。

（六）軟件設(shè)計(jì)的總原則

采用模塊化設(shè)計(jì)、程序代碼與數(shù)據(jù)分離、一致性、安全性、實(shí)用性。

本系統(tǒng)利用先進(jìn)的軟件平臺(tái)，并與現(xiàn)有的灌區(qū)管理等系統(tǒng)相結(jié)合，使灌區(qū)管理實(shí)現(xiàn)智能化、標(biāo)準(zhǔn)化，從而滿(mǎn)足各級(jí)管理人員和工程技術(shù)人員的信息需求。

每個(gè)子系統(tǒng)均采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計(jì)，各模塊可以靈活搭配，用戶(hù)可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求進(jìn)行增減訂制，具有良好的伸縮性。

（七）信息化建設(shè)系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.代表性。根據(jù)規(guī)劃，本期重點(diǎn)工程主要選取鴨河口灌區(qū)白桐干渠的渠首和重要的節(jié)制閘、進(jìn)水閘等具有代表性的站點(diǎn)，搭建起網(wǎng)絡(luò)骨架，以此作為試點(diǎn)，為今后的系統(tǒng)擴(kuò)容提供充分的技術(shù)條件和保障。

2.先進(jìn)性。系統(tǒng)建設(shè)要立足現(xiàn)狀，兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)，以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展和灌區(qū)現(xiàn)代化管理的發(fā)展需要。

3.開(kāi)放性。設(shè)計(jì)充分考慮結(jié)構(gòu)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的要求，做到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，連接暢通，使系統(tǒng)既有完整性，又有靈活性，以利于最終實(shí)現(xiàn)有效能和今后系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。

4.安全性。從軟硬件兩方面考慮系統(tǒng)的安全性，保證在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行正常的合乎規(guī)范的操作，并根據(jù)不同的用戶(hù)、不同的權(quán)限共享網(wǎng)絡(luò)上的信息資源，防止人為的破壞行為和病毒侵害發(fā)生。

5.可靠性。在系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)備選擇上要充分考慮到系統(tǒng)的可靠性。并注意標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，減少設(shè)備品種，便于系統(tǒng)維護(hù)。

6.經(jīng)濟(jì)性。在通信線路和遙測(cè)站點(diǎn)的選擇上，既考慮灌區(qū)管理的重要性，又要盡可能地兼顧沿線國(guó)家公網(wǎng)和水利部門(mén)的專(zhuān)用接入網(wǎng)，避免重復(fù)建設(shè)，以節(jié)省投資，便于維護(hù)管理和提高線路利用率。

7.效能性。建立信息化管理系統(tǒng)主要是解決用水矛盾的需要。信息化管理系統(tǒng)的建立運(yùn)行，可以為合理分配灌區(qū)水量提供科學(xué)的依據(jù)和支持，提高用水調(diào)度水平，提高現(xiàn)有灌溉保證率，提高綜合管理水平，保證節(jié)水措施的實(shí)施，在提高城市供水量和農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，增加灌區(qū)的經(jīng)濟(jì)收入。

五、灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容

（一）通訊方式

根據(jù)灌區(qū)工程實(shí)際地理情況，綜合考慮信息傳輸?shù)膶?shí)效性和可靠性，以及項(xiàng)目建設(shè)投資、系統(tǒng)運(yùn)行成本，計(jì)劃采用光纖、GSM、PSTN混合組網(wǎng)的方式。

有視頻信息傳輸要求的監(jiān)測(cè)點(diǎn)傳輸量較大，而且公網(wǎng)的光纖線路已經(jīng)鋪設(shè)到了鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)，需要新建的光纖里程不大，采用光纖設(shè)備組網(wǎng)傳輸。

（二）水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)

水閘自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)可進(jìn)行中央數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制的，集數(shù)字化、分布式數(shù)據(jù)采集，分層數(shù)據(jù)傳輸，多種顯示方式等功能于一身的SCADA(數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視及控制)系統(tǒng)，使得閘門(mén)啟閉過(guò)程更加簡(jiǎn)捷、方便、靈活、可靠，功能更強(qiáng)大。從而達(dá)到使用最小的機(jī)電設(shè)備與能耗，最合理地排放，系統(tǒng)具有統(tǒng)計(jì)查詢(xún)、優(yōu)化調(diào)度功能，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)智能SCADA系統(tǒng)對(duì)閘門(mén)運(yùn)載能力的最佳效果。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由鴨河口灌區(qū)調(diào)度管理中心和3個(gè)水閘管理部門(mén)監(jiān)控站(可擴(kuò)展)以及啟閉機(jī)房控制站(可擴(kuò)展)組成。總局調(diào)度管理中心和3個(gè)水閘監(jiān)控站之間，通過(guò)2M專(zhuān)用數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)信息傳遞，水閘監(jiān)控站和啟閉機(jī)房控制站采用光纖工業(yè)以太網(wǎng)通訊。

水閘前后各設(shè)置1套上下游水位統(tǒng)計(jì)設(shè)備，信號(hào)送入PLC控制器參與控制。閘門(mén)位置檢測(cè)用恒力開(kāi)度儀和絕對(duì)值編碼器。恒力開(kāi)度儀可測(cè)0～15000mm的位置，配合絕對(duì)值編碼器，測(cè)量分辨率可達(dá)0.05mm/步。絕對(duì)值編碼器為每一個(gè)軸的位置提供一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的編碼數(shù)字值，特別是在定位控制中，絕對(duì)值編碼器減輕了控制設(shè)備的計(jì)算任務(wù)，省去了昂貴的復(fù)雜的輸入裝置，當(dāng)被控設(shè)備重新送電或故障后再恢復(fù)控制時(shí)，不需回到初始位置參考點(diǎn)，可直接利用當(dāng)前的位置值。絕對(duì)值編碼器集成Device Net接口，支持所有Device Net功能。

每個(gè)水閘監(jiān)控站配置1套水閘監(jiān)控計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，通過(guò)2M專(zhuān)用通信方式與總局管理調(diào)度中心通訊，傳遞數(shù)據(jù)信息和視頻信息，接收調(diào)度指令。水閘監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)與啟閉機(jī)房控制器連接，采集數(shù)據(jù)，綜合計(jì)算，發(fā)布控制指令，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，將控制程序加載到過(guò)程控制站，遠(yuǎn)程診斷現(xiàn)場(chǎng)控制器及模塊組建的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)更新系統(tǒng)配置，在線編程；負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)監(jiān)控、操作、顯示、報(bào)警、生產(chǎn)信息處理、打印、系統(tǒng)起停命令發(fā)送、回路調(diào)節(jié)、設(shè)定值給定、硬件診測(cè)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換等，同時(shí)具有數(shù)據(jù)管理功能。

六、灌區(qū)建設(shè)與信息化管理初見(jiàn)成效

近年來(lái)，鴨河口灌區(qū)通過(guò)建設(shè)與信息化管理，已初步取得了以下成效。

一是完成了部分主要地點(diǎn)的水文、水質(zhì)、引水、地下水、生態(tài)、墑情等各類(lèi)水量調(diào)度信息的收集、處理和存儲(chǔ)。

二是充分利用所建成網(wǎng)絡(luò)或公網(wǎng)，提供水情、水質(zhì)、引水信息，以及與水量有關(guān)的特征資料和其它信息。如：調(diào)度中心的工作人員在辦公室打開(kāi)電腦就能看到白桐干渠大占頭、下王莊、姜營(yíng)、連陰莊的水情、水位、過(guò)閘流量等信息。

三是提高了灌區(qū)總調(diào)中心業(yè)務(wù)處理、綜合監(jiān)控的水平和工作效率，滿(mǎn)足了水量實(shí)時(shí)調(diào)度的需要。全灌區(qū)在總干渠上直接開(kāi)口引水的渠道有102條、局調(diào)度中心直接調(diào)度的口門(mén)有120多個(gè)，每天把各個(gè)口門(mén)的水量信息從各管理所送到調(diào)度值班室進(jìn)行匯總就要用2～3h，抄賬匯總需要2～4h左右，再加上調(diào)整當(dāng)天的水量調(diào)度計(jì)劃，每日每次調(diào)整1次水位一共要打上近4h的電話(huà)，水賬要有專(zhuān)人計(jì)算，每天要2人同時(shí)值班，到防汛、抗旱高峰期電話(huà)量更多。實(shí)行信息化管理后，調(diào)度室由原先的5人減少到3人，雖然工作量加大，但當(dāng)日的水量當(dāng)日上午就能很快計(jì)算出來(lái)，為灌區(qū)水量調(diào)度決策會(huì)商和指揮等提供迅速的支持，使調(diào)度指令能迅速準(zhǔn)確地上傳下達(dá)。

四是提高了工程管理部門(mén)對(duì)工程信息的管理水平和對(duì)工程進(jìn)度的控制水平，完成對(duì)各類(lèi)工程數(shù)據(jù)的電子化、自動(dòng)化管理與查詢(xún)?，F(xiàn)在各科室都配備了計(jì)算機(jī)，辦公實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，解決了繁重的文檔編輯打印工作量。原來(lái)各科室的材料，領(lǐng)導(dǎo)審閱需要抄寫(xiě)修改2～3次，不僅費(fèi)時(shí)，也費(fèi)紙張?，F(xiàn)在只要草稿擬出后發(fā)到各個(gè)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的郵箱，領(lǐng)導(dǎo)審閱批改后，回復(fù)到起草單位的郵箱，經(jīng)辦人匯總意見(jiàn)后，只用發(fā)送到辦公室主任的郵箱，主任修改后即可文印。鴨河口灌區(qū)通過(guò)信息化的實(shí)施，不僅節(jié)約了辦公經(jīng)費(fèi)，而且大大提高了辦公效率。