雙牌灌區(qū)信息化建設(shè)與應(yīng)用

周文彬 魏德雄 文建主

（雙牌水庫管理局 永州市 425100）

雙牌灌區(qū)位于湖南省南部，設(shè)計(jì)灌溉永州市的雙牌、零陵、冷水灘和祁陽共四縣區(qū)的2.17萬hm2（32.5萬畝）農(nóng)田，受益人口近40萬。灌區(qū)工程自1966年建成運(yùn)行以來，灌區(qū)農(nóng)田從根本上改善了灌溉條件。

1997年，雙牌灌區(qū)在編制灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃時(shí)，將灌區(qū)水管理測(cè)控系統(tǒng)的建設(shè)列入了規(guī)劃的建設(shè)內(nèi)容，2002年，雙牌灌區(qū)被列為全國灌區(qū)水管理信息化建設(shè)試點(diǎn)灌區(qū)。到目前為止，雙牌灌區(qū)結(jié)合灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目的建設(shè)，基本建成了覆蓋全灌區(qū)的水管理信息系統(tǒng)。

1 灌區(qū)信息化建設(shè)情況

雙牌灌區(qū)信息化系統(tǒng)于1997年開始設(shè)計(jì)施工，1999年5月進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，到目前，已有近15年的建設(shè)時(shí)間，系統(tǒng)共投入約850萬元。其中：土建投資為320萬元，設(shè)備投資為500萬元，管理軟件為30萬元。

雙牌灌區(qū)信息化系統(tǒng)主要指灌區(qū)水管理信息系統(tǒng)，是由信息中心、信息分中心和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控點(diǎn)三部分組成：信息中心設(shè)在局機(jī)關(guān)，有多功能控制臺(tái)1組，配置有：服務(wù)器1臺(tái)，測(cè)控微機(jī)1臺(tái)，視頻服務(wù)器臺(tái)，視頻接收顯示器臺(tái)，監(jiān)控軟件和管理軟件各1套，pc104工控微機(jī)1臺(tái)和接收發(fā)射裝置。

信息分中心分別是渠首、菱角塘、伊塘和清水塘4處信息分中心。每處信息分中心的配置有：多功能控制柜1個(gè)，服務(wù)器1臺(tái)，監(jiān)控軟件和管理軟件各1套，pc104工控微機(jī)1臺(tái)和接收發(fā)射裝置。分別負(fù)責(zé)管理雙牌、零陵、冷水灘、祁陽4縣區(qū)灌區(qū)內(nèi)的水管理信息。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控點(diǎn)由水情遙測(cè)點(diǎn)、雨情遙測(cè)點(diǎn)、閘門控制點(diǎn)、工情視頻觀測(cè)點(diǎn)共四部分組成：

水情遙測(cè)點(diǎn)：水位遙測(cè)點(diǎn)10處、閘前水位24處、閘后水位13處、讀卡式水位計(jì)2處、電磁流量計(jì)4處。

雨情遙測(cè)點(diǎn)：雨量遙測(cè)站9處、自動(dòng)氣象站1處。

閘門控制點(diǎn)：渠首進(jìn)水閘1處、干渠泄洪閘9處、干渠節(jié)制閘4處、支渠進(jìn)水閘13處、支渠分水閘1處。其中：交流遠(yuǎn)動(dòng)控制閘7處、交流遙控閘4處、太陽能遙控閘15處。

工情視頻觀測(cè)點(diǎn)：2處。

系統(tǒng)共有110個(gè)傳感器，其中水位傳感器49個(gè)，閘位傳感器33個(gè)，雨量傳感器9個(gè)，電磁流量計(jì)傳感器4個(gè)，氣象傳感器15個(gè)。

2 灌區(qū)信息化實(shí)現(xiàn)的主要功能

2.1 灌區(qū)信息中心

灌區(qū)信息中心是灌區(qū)用水管理監(jiān)控和調(diào)度的中心。直接監(jiān)控灌區(qū)主要控制點(diǎn)水位、閘位，可直接遙控灌區(qū)主要測(cè)控點(diǎn)的閘門，接收灌區(qū)所有測(cè)控點(diǎn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)信息分中心對(duì)灌區(qū)用水進(jìn)行調(diào)度。

2.2 信息分中心

全灌區(qū)現(xiàn)已建成渠首、菱角塘、伊塘、清水塘4個(gè)信息分中心。它們分別位于雙牌縣、零陵區(qū)、冷水灘區(qū)、祁陽縣，分別管理所在縣區(qū)的信息化站點(diǎn)，采集、接收并發(fā)送所在縣區(qū)范圍內(nèi)的水位、雨量和閘位信息，控制所在縣區(qū)的主要節(jié)制閘、泄洪閘和分水閘。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控點(diǎn)的主要功能

2.3.1 雨情遙測(cè)點(diǎn)（包括地球氣象站和雨量遙測(cè)點(diǎn)）

地球氣象站建在永州灌溉試驗(yàn)站，通過氣象傳感器，能自動(dòng)接收大氣壓、溫度、濕度、地溫、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、蒸發(fā)、總輻射、凈輻射、日照；通過數(shù)據(jù)采集器將所采集的降水、氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后生成各種氣象資料報(bào)表，傳輸?shù)叫畔⒅行摹?/p>

雨量遙測(cè)點(diǎn)已建成9個(gè)，均為無人值守。雨量遙測(cè)點(diǎn)將采集到的雨量數(shù)據(jù)通過單片機(jī)和短信模塊處理，經(jīng)GSM公網(wǎng)以短信方式發(fā)送到信息中心。當(dāng)降雨量變化達(dá)到1 mm時(shí)，能立即發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3.2 水情遙測(cè)點(diǎn)

將采集到的水（閘）位數(shù)據(jù)，發(fā)送到信息中心和信息分中心，當(dāng)水（閘）位有1 cm變化時(shí)，能在5 min內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)水（閘）位變化大于或等于2 cm時(shí)，能立即發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.3.3 閘門控制點(diǎn)

包括太陽能遙控閘、交流遙控閘、交流遠(yuǎn)動(dòng)控制閘3類。

太陽能遙控閘與交流遙控閘的功能主要是接收信息中心或信息分中心命令對(duì)閘門進(jìn)行遙控，并及時(shí)采集閘門運(yùn)行狀態(tài)、閘位變化和閘前水位數(shù)據(jù)，發(fā)送到信息中心和信息分中心。

交流遠(yuǎn)動(dòng)控制閘可對(duì)閘門實(shí)行遠(yuǎn)程控制，并及時(shí)采集閘門運(yùn)行狀態(tài)、閘位變化及閘前水位數(shù)據(jù)，發(fā)送到信息分中心和信息中心。

2.3.4 工情視頻觀測(cè)點(diǎn)

現(xiàn)已建成2處，位于渠首大壩引水閘上，用于監(jiān)測(cè)渠首石渠河岸情況監(jiān)測(cè)及引水閘工作情況監(jiān)測(cè)。視頻信號(hào)通過無線擴(kuò)頻（CAN0PY）系統(tǒng)經(jīng)中繼傳輸?shù)叫畔⒅行摹?/p>

3 灌區(qū)信息化應(yīng)用效果

雙牌灌區(qū)信息系統(tǒng)運(yùn)行以來，在確保灌區(qū)工程的安全渡汛和農(nóng)田抗旱、搞好科學(xué)管理、計(jì)劃用水和節(jié)約用水、改善工作環(huán)境等方面產(chǎn)生了良好的作用，推動(dòng)了灌區(qū)改革。

（1）汛情準(zhǔn)確，工程渡汛有保證。

雙牌灌區(qū)地處湘南丘陵地帶，大部分干渠傍山開挖，集雨面積大，入渠徑流大。發(fā)生暴雨時(shí)，往往是風(fēng)雨交加，電閃雷鳴，再加上渠線長、降雨時(shí)空差異大，人工方法觀測(cè)和監(jiān)視渠道水位變化十分困難，一遇暴雨，便經(jīng)常出現(xiàn)渠內(nèi)洪水驟漲驟落，瞬時(shí)超越設(shè)計(jì)洪水位，甚至漫堤，并因此而導(dǎo)致山體滑坡崩塌、渠堤決口等事故，搶修費(fèi)用在100萬元以上。近幾年，由于水管理信息系統(tǒng)的運(yùn)行，水情被實(shí)時(shí)掌握，及時(shí)調(diào)度泄洪，確保了工程安全渡汛，平均每年防汛搶險(xiǎn)費(fèi)用在50萬元以下。

（2）調(diào)度及時(shí)，農(nóng)田抗旱有措施。

抗旱的實(shí)質(zhì)，就是嚴(yán)格按配水計(jì)劃供水。以前，雙牌灌區(qū)在旱情緊張時(shí)，由于對(duì)水情不能及時(shí)掌握，計(jì)劃用水措施難以實(shí)施，經(jīng)常出現(xiàn)“上游大水漫灌，中游堵渠搶水，下游無水干旱”的狀況。灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)運(yùn)行以來，計(jì)劃供水得到了較好的落實(shí)，即使出現(xiàn)特大干旱旱情，系統(tǒng)也會(huì)將旱情信息及時(shí)提供給局主要領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度人員，使抗旱決策的命令及時(shí)下達(dá)，再加上對(duì)主要節(jié)制閘及分水閘實(shí)施遙控，使計(jì)劃用水得到保證，確保到尾灌區(qū)的日平均流量達(dá)到設(shè)計(jì)流量，確保了尾灌區(qū)農(nóng)田抗旱保豐收，實(shí)現(xiàn)了全灌區(qū)均衡受益。

（3）計(jì)量準(zhǔn)確，用水戶權(quán)益有保障。

傳統(tǒng)的量水方法是利用實(shí)測(cè)的水位～流量關(guān)系曲線進(jìn)行查讀，這樣，水位觀測(cè)值及實(shí)測(cè)流量的準(zhǔn)確度直接影響到水量計(jì)量的準(zhǔn)確性。并且，水位觀測(cè)值的準(zhǔn)確度在5 mm左右。應(yīng)用灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)對(duì)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以后，水位值的分辨率達(dá)到1 mm，大大提高了水位觀測(cè)值的準(zhǔn)確度，再加上對(duì)重點(diǎn)分水口安裝了電磁流量計(jì)，計(jì)量的準(zhǔn)確度大大提高。同時(shí)，隨著按方計(jì)費(fèi)方式的推行，灌區(qū)可以實(shí)現(xiàn)多用水多交費(fèi)，少用水少交費(fèi)，真正確保了用水戶的權(quán)益。

（4）環(huán)境改善，工作效率明顯提高。

灌區(qū)水管理信息系統(tǒng)運(yùn)行以來，對(duì)水位、閘位實(shí)行了遙測(cè)，對(duì)閘門實(shí)行了遠(yuǎn)控或遙控，由原來的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)水位變?yōu)槭覂?nèi)遙測(cè)水位，由原來的現(xiàn)場(chǎng)人工操作閘門變?yōu)槭覂?nèi)遙控閘門。大大改善了管理人員的工作環(huán)境，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，節(jié)約了管理費(fèi)用，工作效率顯著提高。

（5）用水節(jié)約，綜合效益十分顯著。

在灌區(qū)信息化建設(shè)時(shí)，將原來的鋼筋混凝土閘門改建為平板鋼閘門，每年可減少了閘門的漏水損失約100萬m3，同時(shí)，閘門的啟閉運(yùn)行時(shí)段縮短為原來人工操作時(shí)間的1/20，據(jù)測(cè)算，在運(yùn)行期間，每啟閉一次泄洪閘，可減少水量損失1萬m3，僅此一項(xiàng)，全灌區(qū)每年可減少水量損失超過40萬m3。另外，可避免盲目泄洪，每年還可利用降雨來水蓄水超過100萬m3，這樣，減少的損失水量與增加的蓄水水量累計(jì)超過240萬m3，可恢復(fù)或發(fā)展灌溉面積0.6萬畝，綜合效益十分顯著。

灌區(qū)實(shí)行了信息化管理，工程運(yùn)行安全可靠，防汛抗旱有了保障，管理人員工作環(huán)境得到改善，工作效率得到提高，管理人員大大減少，管理費(fèi)用有效控制，綜合效益十分明顯，所有這一切，為灌區(qū)綜合改革的穩(wěn)步推進(jìn)提供了良好的條件。

4 灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)存在的主要問題

雙牌灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，在工程運(yùn)行管理中發(fā)揮了較大作用，但由于是一項(xiàng)試點(diǎn)工作，也還存在一些有待改進(jìn)的地方，主要有：

（1）系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量不規(guī)范。國家在灌區(qū)信息化系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量方面還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，這樣，灌區(qū)信息化設(shè)計(jì)與安裝公司在設(shè)計(jì)與購買設(shè)備時(shí)就沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范可供執(zhí)行。同樣，業(yè)主在施工管理與驗(yàn)收時(shí)也沒有國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)與驗(yàn)收。

（2）軟件有待進(jìn)一步完善?，F(xiàn)在雙牌灌區(qū)的管理軟件與灌區(qū)的用水管理結(jié)合得尚不夠緊密。

（3）系統(tǒng)功能還有待改進(jìn)。目前，只能進(jìn)行單純的水情監(jiān)測(cè)，還不具備灌區(qū)水管理的工情監(jiān)測(cè)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水情預(yù)報(bào)、水資源優(yōu)化配置等方面的功能。

（4）設(shè)備防雷技術(shù)有待提高。設(shè)備被雷擊的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，設(shè)備防潮問題處理也不到位，導(dǎo)致線路接口鹵化和部分元器件被損壞的現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。

5 發(fā)展灌區(qū)信息化的幾點(diǎn)建議

（1）國家在編制《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》時(shí)要加上有關(guān)灌區(qū)信息化建設(shè)與管理的條文。

（2）加大對(duì)已建信息系統(tǒng)的技術(shù)改造力度。解決目前系統(tǒng)存在的耗能過大、數(shù)據(jù)接收不及時(shí)、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定、與電信等公共網(wǎng)絡(luò)的兼容性能以及設(shè)備防雷性能差等問題。

（3）加大對(duì)新技術(shù)開發(fā)利用的力度。比如：系統(tǒng)通信、視頻信號(hào)無線傳輸?shù)确矫妗?/p>

（4）要引進(jìn)一些高端人才參與灌區(qū)信息化系統(tǒng)軟件編寫。同時(shí)，編寫人員要多到灌區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，多了解實(shí)際情況，多接觸一些實(shí)際問題。

（5）對(duì)灌區(qū)信息化設(shè)備管理人員的培訓(xùn)要經(jīng)常化。系統(tǒng)要求高素質(zhì)的維修及操作人員，管理維護(hù)工作也是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要加大對(duì)系統(tǒng)管理、操作人員的專業(yè)培訓(xùn)。