紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)信息化建設(shè)及管理

顧占云

（寧夏水利廳紅寺堡揚(yáng)水管理處 寧夏中寧 755100）

1 引言

寧夏紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)位于寧夏中部干旱帶，是寧夏裝機(jī)容量最大、規(guī)模最大的電力提灌工程。灌區(qū)地跨吳忠市、中衛(wèi)市、紅寺堡開發(fā)區(qū)、中寧縣、同心縣、利通區(qū)6個(gè)縣 （市、區(qū)），設(shè)計(jì)灌溉面積55萬畝，截至2010年底，實(shí)際灌溉面積67.95萬畝。

紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)共有骨干泵站14座、中心管理所1座，干、支干渠總長149.7km。有渡槽、節(jié)制閘、退水閘、進(jìn)水閘等水工建筑物88座，斗口132座，涵洞59座，生產(chǎn)橋103座。設(shè)計(jì)引水流量 25m3／s ， 年 引 水 量 3.09 億 m3， 總 揚(yáng) 程305.8m，總裝機(jī)總?cè)萘?1.67萬kW。灌區(qū)南北長140km，東西寬約11km，灌區(qū)總土地面積110.7萬畝。工程自建成以來，有效解決了寧夏中部干旱帶40萬貧困人口的溫飽問題。

紅寺堡揚(yáng)水工程的建成，極大地緩解了寧夏中部干旱帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力，促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對維護(hù)少數(shù)民族地區(qū)穩(wěn)定等方面發(fā)揮了極為重要的作用。揚(yáng)水工程的建設(shè)不僅提高了灌區(qū)人民的生活質(zhì)量，改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，而且有力地促進(jìn)了異地移民開發(fā)，解決了偏遠(yuǎn)山區(qū)人畜飲水困難，使灌區(qū)及周邊地區(qū)的社會(huì)秩序得到了穩(wěn)定，使政府的扶貧由" 輸血" 型變成了農(nóng)民的自我 “造血”型。

灌區(qū)實(shí)行 “以畝定量、計(jì)劃用水、以供定需”的管理辦法。自治區(qū)水利廳灌溉管理局根據(jù)黃河來水情況，向各干渠分配引用水指標(biāo)，各渠道管理單位按核定面積和作物比例分水到泵站，在支斗渠口處控制水量，并計(jì)量收費(fèi)。

2 紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)泵站及通訊、自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀

紅寺堡灌區(qū)13座骨干泵站包括紅寺堡一～五泵站等主泵站5座：新莊集一～四泵站、新圈一～二泵站、海子塘一～二泵站等支泵站8座；相關(guān)泵站的基本情況見表1。

表1 相關(guān)泵站的基本情況表

紅寺堡揚(yáng)水管理處自信息化建設(shè)以來，結(jié)合扶貧揚(yáng)黃灌溉工程項(xiàng)目，先后建設(shè)了一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)、部分泵站光纜通信系統(tǒng)、泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)、遙視系統(tǒng)、水位遙測系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)6個(gè)部分，為灌區(qū)的信息化管理系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.1 一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)

紅寺堡灌區(qū)原有通信系統(tǒng)主要為2003年已建成的一點(diǎn)多址微波通訊系統(tǒng)，主要以語音通信為主，低數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為輔。在紅寺堡管理處設(shè)有512門數(shù)字調(diào)度交換機(jī)一臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用阿爾卡特一點(diǎn)多址微波系統(tǒng)為骨干線路。全網(wǎng)容量為2X2M，分別為1個(gè)中心站、7個(gè)中繼站、27個(gè)外圍站。是目前管理處水量調(diào)度、防汛搶險(xiǎn)、和業(yè)務(wù)聯(lián)系的主要通信手段，主要解決生產(chǎn)、行政、調(diào)度等話音通訊，系統(tǒng)容量過小，無法滿足灌區(qū)工程管理和自動(dòng)化管理的需要，網(wǎng)絡(luò)改造和升級沒有價(jià)值。

2.2 部分泵站光纜通信系統(tǒng)

2008年，建設(shè)了管理處至黃河泵站、紅寺堡一、二、三泵站的155MSDH光纖通訊網(wǎng)絡(luò)，共鋪設(shè)光纜38.7km。其中，管理處至高干渠1＃分支點(diǎn)鋪設(shè)了24芯通訊光纜；從高干渠1＃分支點(diǎn)分別向黃河泵站和紅寺堡一泵站兩個(gè)方向鋪設(shè)了8芯通訊光纜；向紅寺堡一泵站方向光纜延伸至紅寺堡三泵站止。

2.3 泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)

到2010年為止，相繼建設(shè)了管理處計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、光纜通信系統(tǒng)，以及黃河泵站、紅寺堡一至五泵站、新莊集一至四泵站等10座泵站機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。目前，實(shí)現(xiàn)了管理處與黃河泵站及紅寺堡一、二、三泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)的互聯(lián)；限于通訊路由，紅寺堡四～五泵站、新莊集一～四泵站目前僅實(shí)現(xiàn)了由泵站控制室、現(xiàn)地控制單元構(gòu)成的兩級站級自動(dòng)化控制系統(tǒng)，沒有實(shí)現(xiàn)站間信息共享和調(diào)度中心遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。

受改造資金所限，雖然已經(jīng)建設(shè)了黃河泵站、紅寺堡一至五泵站、新莊集一至四泵站等10座泵站機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，但各站控制系統(tǒng)只有一臺(tái)后臺(tái)機(jī)和一套LCU通過星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對全站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，后臺(tái)機(jī)一旦出問題，就會(huì)對全站設(shè)備失去監(jiān)控，系統(tǒng)的安全性、可靠性較低。另外，管理處還有新圈一支泵站、新圈二支泵站、海子塘一支泵站、海子塘二支泵站等4座支泵站沒有進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)改造，無法實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)、水位、壓力、機(jī)組工況等信息自動(dòng)監(jiān)控，泵站運(yùn)行控制模式仍為老式盤控模式，機(jī)組控制仍采用的是常規(guī)的手動(dòng)就地控制，采用指針式儀表顯示各電氣參量，無水測儀表。

2.4 遙視系統(tǒng)

管理處先后建設(shè)了黃河泵站、紅寺堡一、二、三泵站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，每站裝設(shè)有5個(gè)攝像頭，分別位于變電所、主廠房、高壓室、控制室及前池。

2.5 水位遙測系統(tǒng)

2007年管理處多方籌措資金，在主要大型泵站及輸水干渠試點(diǎn)建設(shè)了超聲波水位遙測站9個(gè)，分別為黃河泵站前池、紅寺堡1－3泵站前池、紅三干渠K9＋015測水橋、K9＋488節(jié)制閘閘前、K23＋202測水橋、K47＋850節(jié)制閘前及紅四泵站前池?cái)r污柵前等。上述水位監(jiān)測站點(diǎn)僅限于一些大型泵站前池和干渠主要控制斷面的水位監(jiān)測，支渠的水位監(jiān)測處于空白，給管理人員科學(xué)調(diào)度和適時(shí)配水帶來困難，配出去的水量無法及時(shí)掌控，缺乏灌區(qū)信息采集和加工的準(zhǔn)確性和傳輸?shù)臅r(shí)效性，影響了水量調(diào)度管理水平和灌區(qū)管理工作的健康發(fā)展。

2.6 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)

2009年，管理處為各泵站、管理所建設(shè)了Internet接入網(wǎng)絡(luò)，其中紅寺堡1～3泵站采用光纖網(wǎng)絡(luò)自管理處Internet網(wǎng)管接入，其余站點(diǎn)通過3G網(wǎng)卡接入，個(gè)別站點(diǎn)由于既無光纖網(wǎng)絡(luò)又無3G網(wǎng)絡(luò)信號而無法接入。Internet網(wǎng)絡(luò)的接入極大豐富了泵站職工的業(yè)余文化生活，使職工在了解時(shí)事資訊、獲取最新學(xué)習(xí)資料、業(yè)余文化娛樂等方面都有了便捷而全新的途徑。

3 工程建設(shè)內(nèi)容

根據(jù)紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀，結(jié)合灌區(qū)實(shí)際管理應(yīng)用需求及資金投放、信息技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r、管理水平等客觀因素，按照"統(tǒng)一規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、分步實(shí)施、穩(wěn)步推進(jìn)"的建設(shè)原則，在深入調(diào)查研究、科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，確定寧夏紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容為：

3.1 覆蓋全灌區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)對各種通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)方案的比對，第三種方案比較適合紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)的實(shí)際狀況。通信網(wǎng)絡(luò)工程分SDH光纖通信網(wǎng)絡(luò)組建、無線AP網(wǎng)絡(luò)組建和GPRS無線接入網(wǎng)絡(luò)組建三項(xiàng)內(nèi)容。由于先期未曾考慮下馬關(guān)泵站的介入，從高干渠1＃分支點(diǎn)向紅一泵站方向全部敷設(shè)為8芯直埋光纜，光纜容量嚴(yán)重不足。為此，建議在已經(jīng)敷設(shè)光纜的骨干站點(diǎn)再敷設(shè)一條8芯光纜，在未敷設(shè)光纜的骨干站點(diǎn)敷設(shè)16芯光纜。由此光纜線路工程包括8芯直埋光纜敷設(shè)66.8km，16芯直埋光纜敷設(shè)62.6km，24芯直埋光纜敷設(shè)13.8km。在上述通訊路由的基礎(chǔ)上，對原有局域網(wǎng)進(jìn)行擴(kuò)充為622M SDH光纖通信網(wǎng)絡(luò)并對已建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完善，建成完整的紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)綜合信息網(wǎng)。

3.2 水情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

包括監(jiān)測軟件以及紅寺堡揚(yáng)水干、支渠水位信息采集點(diǎn)建設(shè)，在原有水位信息采集點(diǎn)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充水位信息點(diǎn)84個(gè)；其中干渠斷面水位信息采集點(diǎn)10個(gè)，支渠斗口水位、流量信息采集點(diǎn)74個(gè)。

3.3 水閘閘門控制系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)12座水閘的閘門閉環(huán)控制系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)；改造相關(guān)閘門的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、閘位信號反饋與限位裝置、供電回路等設(shè)施，配備自動(dòng)化及通訊元件，使其滿足無人值守遠(yuǎn)程控制的要求，并配套建設(shè)閘室遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

3.4 遙視系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)新莊集一～四泵站、紅寺堡四～五泵站、新圈一～二支泵站、海子塘一～二支泵站一支泵站等10座泵站及12座水閘閘室的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并將其與現(xiàn)有的紅寺堡一～三泵站遙視系統(tǒng)集成。有效實(shí)現(xiàn)全灌區(qū)各泵站前池、泵房、值班室、高壓室、變電所、水閘閘室、主要干渠斷面等的遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。

3.5 泵站自動(dòng)化系統(tǒng)的完善和續(xù)建

完善目前已聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的紅寺堡一～三泵站自動(dòng)化系統(tǒng)，整合目前已單站運(yùn)行的紅寺堡四～五泵站、新莊集一～四泵站自動(dòng)化系統(tǒng)，新建新圈一～二支泵站、海子塘一～二支泵站等4座支泵站的自動(dòng)化系統(tǒng)，使全灌區(qū)所屬各泵站均在同一平臺(tái)下運(yùn)行，使管理處調(diào)度中心能實(shí)現(xiàn)對全灌區(qū)所屬各泵站的統(tǒng)一調(diào)度，提高系統(tǒng)的可用性和可靠性。

3.6 信息管理系統(tǒng)軟件建設(shè)

信息管理系統(tǒng)軟件建設(shè)包括泵站聯(lián)合調(diào)度管理系統(tǒng)軟件建設(shè)、灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫軟件建設(shè)、灌溉管理信息系統(tǒng)建設(shè)等三部分的內(nèi)容，并為上級管理機(jī)構(gòu)的相關(guān)管理系統(tǒng)預(yù)留數(shù)據(jù)庫接口。

3.7 泵站、管理所互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入

2009年，紅寺堡管理處為各泵站、管理所建設(shè)了INTERNET接入網(wǎng)絡(luò)，其中紅寺堡1－3泵站采用光纖網(wǎng)絡(luò)自管理處INTERNET網(wǎng)管接入，其余站點(diǎn)通過3G網(wǎng)卡接入，個(gè)別站點(diǎn)由于既無光纖網(wǎng)絡(luò)有無3G網(wǎng)絡(luò)信號而無法接入。INTERNET網(wǎng)絡(luò)的接入極大豐富了地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的各泵站員工的業(yè)余文化生活，使員工在了解時(shí)事資訊、獲取最新學(xué)習(xí)資料、業(yè)余文化娛樂等方面都有了便捷而全新的途徑。本期工程全灌區(qū)光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)施完成后，將為各泵站、管理所利用光纖網(wǎng)絡(luò)通過管理處的INTERNET網(wǎng)管接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供可靠路由，不僅接入帶寬和速度能大幅提高，而且接入費(fèi)用降低，便于管理處統(tǒng)一管理和維護(hù)。

3.8 辦公自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)

在覆蓋全灌區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，建設(shè)全灌區(qū)辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化系統(tǒng)支持協(xié)同辦公，通過有效的資源共享和信息交流、發(fā)布，達(dá)到優(yōu)化管理流程、提高工作效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約寶貴的辦公經(jīng)費(fèi)、減少重復(fù)勞動(dòng)的目的，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的管理流程化、辦公無紙化、決策科學(xué)化。

4 管理經(jīng)驗(yàn)

紅寺堡揚(yáng)水灌區(qū)信息化工程的建設(shè)，灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)，對克服灌區(qū)干旱缺水的現(xiàn)象、落實(shí)嚴(yán)格的水資源管理制度、施行節(jié)約用水、提高水利用率、提高工作效率及減輕工作強(qiáng)度等方面發(fā)揮積極的作用，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）能實(shí)時(shí)掌握灌區(qū)水情，為灌區(qū)工程的正常運(yùn)行提供了第一手資料。避免因洪水入渠、水位的陡漲陡落、干渠超警戒水位運(yùn)行對渠堤工程造成負(fù)面影響。灌區(qū)信息系統(tǒng)的建成和應(yīng)用，能實(shí)時(shí)掌握干渠各控制斷面的水位變化狀況，為調(diào)度員的科學(xué)調(diào)度提供依據(jù)，有利于減輕調(diào)度人員及水管人員的工作壓力和保障工程的防汛安全，能有效地防止因運(yùn)行不當(dāng)而導(dǎo)致意外事件的發(fā)生。

（2）能及時(shí)掌握灌區(qū)各支渠的配水情況、適時(shí)適量地保證供水需求。信息化技術(shù)應(yīng)用后，對農(nóng)作物的需水要求進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息采集，灌區(qū)水管人員根據(jù)農(nóng)作物的需水要求進(jìn)行適時(shí)適量的灌溉，能夠避免盲目地、超量灌溉現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)的建立應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置、優(yōu)化調(diào)度、優(yōu)化利用的水管理目標(biāo)。

（4）由于我處干支渠長、斗口多，承擔(dān)分、配水任務(wù)重，在水位調(diào)節(jié)、水量測算、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理等方面均為傳統(tǒng)的人工操作，效率低，時(shí)效性差，測水精度不高。難以實(shí)時(shí)掌握灌溉進(jìn)度、合理進(jìn)行區(qū)間匹配和水資源配置，同時(shí)隨著寧夏生態(tài)移民項(xiàng)目的實(shí)施，灌區(qū)灌溉面積逐年增加，需用水矛盾日趨突顯。信息化系統(tǒng)的建立，有利提高了現(xiàn)代化管理水平、測量水精度、合理調(diào)配水資源、提高水利用率、增加供配用水管理透明度、推行水量公開化，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

總之，系統(tǒng)建成后，使管理處各職能機(jī)構(gòu)及時(shí)掌握灌區(qū)的運(yùn)行信息，為水資源的優(yōu)化調(diào)配提供依據(jù)，并根據(jù)各斗口灌溉面積及種植作物情況實(shí)現(xiàn)灌溉管理信息的自動(dòng)生成，以達(dá)到全面提高運(yùn)行效益、顯著降低運(yùn)行成本的目標(biāo)，提高測水精度和時(shí)效性，減少水資源的浪費(fèi)，建設(shè)節(jié)水節(jié)能型灌區(qū)，促進(jìn)灌區(qū)綜合效益的提高。

1 水利部.《大型灌溉排水泵站信息化建設(shè)實(shí)施方案參考提綱》

2 《全國水利信息化規(guī)劃》.（水規(guī)計(jì)［2003］456號，2003年9月28日）

3 《水利水電工程通信設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL／T 5080－1997

4 《同步數(shù)字體系（SDH）光纜線路系統(tǒng)進(jìn)網(wǎng)要求》

5 《光同步傳輸網(wǎng)技術(shù)體制》YDN099－1998

6 《同步數(shù)字系列（SDH）長途光纜傳輸工程設(shè)計(jì)規(guī)范》

7 《本地電話網(wǎng)局間中繼同步（SDH）光纜傳輸工程設(shè)計(jì)規(guī)范》8 《SDH網(wǎng)傳送同步網(wǎng)定時(shí)的方法》YDN123－1999

9 《程控電話交換設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范》YD 5076－98

10 《綜合交換機(jī)技術(shù)規(guī)范》YD／T1123－2001

11 《ISDN用戶－－網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范》YDN－034－199712《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB／T50265－97

13 《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50062－92

14 《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》DL／T578－95

15 《電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》DL5003

16 《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》DL5002

17 《數(shù)據(jù)通信基本型控制規(guī)程》GB3453

18 《數(shù)據(jù)終端（DTE）和數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備》GB3454

19 《網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》IEEE802.3

20 《操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》GB23128

21 《工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)收大綱》JB／5234

22 《水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》DL／5065－1996

23 《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)規(guī)范》DL／5081－1997