淺談白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程信息化技術(shù)規(guī)劃

□宋 倩（河南省白沙水庫管理局）

1.基本情況

白沙灌區(qū)始建于20世紀50年代，以庫容為2.95億m3白沙水庫為水源，是新中國成立后河南修建的第一個大型水庫灌區(qū)。白沙灌區(qū)有南、北、東、新北干4條干渠，總長99.25k m；支渠8條，總長49.56km；斗渠143條，總長229km。灌區(qū)設(shè)計灌溉面積2.02萬hm2，有效灌溉面積1.36萬hm2，設(shè)計總引水流量40.25m3/s。效益覆蓋禹州市和許昌縣17個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、辦），292個行政村、1591個村民組、41.8萬人。白沙灌區(qū)運行50多年來，為周邊農(nóng)業(yè)增產(chǎn)起到了至關(guān)重要的作用。近年來，隨著國家對水利建設(shè)投資的不斷加大，灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造一期工程已完成，3條干渠，50km長的渠段煥發(fā)了新貌，工程設(shè)施和灌溉條件明顯改善，極大地促進了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改善和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，工程效益和社會效益十分顯著。

2.白沙灌區(qū)信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題

水利信息化是水利現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標(biāo)志，要充分發(fā)揮好灌區(qū)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的服務(wù)作用，現(xiàn)代化的管理是關(guān)鍵。灌區(qū)管理手段的先進程度，不僅反映一個灌區(qū)的科學(xué)管理水平，也是確保灌區(qū)工程安全運行、實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置、提高用水效率、保障灌區(qū)持續(xù)發(fā)展的實際需要。

2.1 信息化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

白沙灌區(qū)根據(jù)多年灌溉試驗實測數(shù)據(jù)和收集到的地理信息資料，于2008年建成了白沙灌區(qū)管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計采用地理信息子系統(tǒng)(GⅠS)和管理信息子系統(tǒng)(MⅠS)結(jié)合的方式,增強了處理信息的能力。灌區(qū)地理信息子系統(tǒng)能夠在矢量圖形上對整個灌區(qū)進行點擊查詢以及屬性數(shù)據(jù)與圖形信息的雙向查詢。灌區(qū)信息管理子系統(tǒng)能夠進行數(shù)據(jù)錄入、維護、生成報表、打印、數(shù)據(jù)備份、模糊查詢和組合查詢以及數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對灌區(qū)的基本情況、統(tǒng)計資料、空間信息、相關(guān)報表的查詢和分析，做到了地理信息與數(shù)據(jù)庫信息的關(guān)聯(lián)查詢。不僅可以將數(shù)據(jù)以表格形式顯示和輸出，還將白沙灌區(qū)屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)連成一體，有效提高了灌區(qū)管理水平。

2.2 存在的問題

2.2.1 數(shù)據(jù)采集處理方式落后，效率低。由于白沙灌區(qū)管理信息系統(tǒng)是單機系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集與處理方式仍依賴于人工測量錄入，收集的各種數(shù)據(jù)資料信息實時性準確性差、反饋速度慢，調(diào)度人員很難及時全面掌握灌區(qū)動態(tài)運行情況并及時調(diào)整調(diào)度運行方案，使得灌溉供水存在一定的盲目性和風(fēng)險。

2.2.2 信息傳輸系統(tǒng)通道不暢、準確性差。目前，灌區(qū)各種運行、統(tǒng)計資料的傳輸，各種灌溉管理調(diào)度指令的發(fā)布，由于運行調(diào)度中間環(huán)節(jié)較多，使灌溉管理需傳輸數(shù)據(jù)的準確性、實時性大打折扣，人為出錯的幾率高，對故障及事故的反應(yīng)速度慢，嚴重影響灌區(qū)的安全運行。

2.2.3 缺乏科學(xué)合理的管理決策支持系統(tǒng)。灌溉調(diào)度方案的形成及緊急突發(fā)事件的處置很大程度上取決于管理、調(diào)度人員的經(jīng)驗和技術(shù)水平，而受所獲得信息量的局限性、非實時性和不確定性影響，調(diào)度人員提出的運行調(diào)度方案很難做到科學(xué)、合理，使灌溉供水生產(chǎn)的安全性、經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率受到很大影響。

3.白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程信息化建設(shè)規(guī)劃

隨著白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程建設(shè)的不斷推進，灌區(qū)水利工程設(shè)施進一步完善，充分利用現(xiàn)代信息科技，對現(xiàn)有灌區(qū)系統(tǒng)進行信息化改造，是全面提升灌區(qū)管理水平，充分發(fā)揮灌溉效益的迫切需要。白沙灌區(qū)根據(jù)實際情況開展了更為全面和先進的白沙灌區(qū)自動化信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃。

3.1 建設(shè)目標(biāo)

立足工程設(shè)施，結(jié)合灌區(qū)特點，有效利用計算機自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遙測傳感技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，建立一個以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、以高速安全可靠的計算機網(wǎng)絡(luò)為手段，以決策支持系統(tǒng)為核心的現(xiàn)代化灌區(qū)信息化管理系統(tǒng)。通過采用信息化管理技術(shù)和手段，提高對水資源的調(diào)控能力、水工程的自動化水平和水管理的信息化水平。

3.2 建設(shè)內(nèi)容

白沙灌區(qū)自動化信息系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容是建成一個信息化監(jiān)控中心，開發(fā)并部署“白沙灌區(qū)信息化軟件平臺”，實現(xiàn)灌區(qū)所有數(shù)據(jù)和信息的分類、存儲、計算、統(tǒng)計、發(fā)布，接收和顯示各分站和子站的視頻信號、數(shù)據(jù)信息以及運行狀態(tài)信息，同時對各個分中心進行集中控制和調(diào)度。

3.2.1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

建立“白沙灌區(qū)信息化監(jiān)控中心”，作為整個自動化系統(tǒng)的中樞負責(zé)對所有采集到的數(shù)據(jù)進行分類、處理、存儲、加工，最終通過灌區(qū)自動化應(yīng)用軟件平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯總、展示和應(yīng)用，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)為管理和使用者提供輔助決策支持。

建立6個分中心，作為信息采集控制的分節(jié)點，每個分中心負責(zé)所轄區(qū)域的閘門監(jiān)測和控制、視頻監(jiān)控子站的圖像存儲和采集，并負責(zé)將數(shù)據(jù)過互聯(lián)網(wǎng)傳至灌區(qū)信息化監(jiān)控中心。

3.2.2 閘門控制系統(tǒng)

閘門控制系統(tǒng)由1個控制室和18處閘門控制點組成，包括監(jiān)控終端計算機、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、供電設(shè)備和監(jiān)控軟件等，網(wǎng)絡(luò)分布范圍包括灌區(qū)內(nèi)7個進水閘、2個節(jié)制閘、1個沖砂閘、8個退水閘。閘門控制室通過計算機及工業(yè)控制設(shè)備實現(xiàn)對閘門的自動開啟和關(guān)閉。測控系統(tǒng)由可編程序邏輯控制器（PLC）、電氣主回路設(shè)備、自動化元器件等構(gòu)成。

閘門控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)閘門啟閉機監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集與處理，包括閘位數(shù)據(jù)、行程限位數(shù)據(jù)、啟閉機電機運行數(shù)據(jù)以及相關(guān)其他數(shù)據(jù)等；對閘門啟閉機的電動啟閉控制，并具備互鎖保護、限位保護、過載或欠載保護等安全措施；直觀顯示相關(guān)狀態(tài)量情況，跟蹤顯示閘位數(shù)據(jù)、啟閉機電機運行數(shù)據(jù)（電流、電壓等）；集中顯示所有監(jiān)測內(nèi)容數(shù)據(jù)，并能對閘門啟閉機進行自動啟閉控制；對于多孔數(shù)的閘門，通過測控柜之間的互聯(lián)可以實現(xiàn)對其他閘門啟閉機的集中自動控制與數(shù)據(jù)監(jiān)測、顯示、查詢等；測控柜可以獨立運行，也可以與現(xiàn)場其他測控柜形成1套相對完整并且可以獨立工作的現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)也可以實現(xiàn)與上位機系統(tǒng)的互聯(lián)，形成整套的自動化遠程監(jiān)控系統(tǒng)。能對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行定期存儲,預(yù)留通信接口、控制接口等，同時也預(yù)留對其他相關(guān)數(shù)據(jù)的采集處理接口。

3.2.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)置24處視頻監(jiān)控站，一部分安裝至管理所附近的閘門進行監(jiān)控，一部分根據(jù)工程情況分布在工程的重要部位，如閘門口、閘門水位處、重要機電設(shè)備處等等。它能將被監(jiān)控現(xiàn)場的實時圖像和數(shù)據(jù)等信息準確、清晰、快速地傳送到控制室監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r、直接地了解和掌握各個被監(jiān)控現(xiàn)場的當(dāng)前實際情況，監(jiān)控中心值班人員能夠直接根據(jù)被監(jiān)控現(xiàn)場發(fā)生的情況作出相應(yīng)的反應(yīng)和處理。

3.2.4 水位監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)渠道的分布情況，擬在總干渠、支渠布設(shè)9處水位監(jiān)測點。設(shè)備安裝位置設(shè)在渠道的關(guān)鍵部位，用于監(jiān)測渠道水位。在渠道中間選用非接觸式超聲波水位計，閘門附近選用壓力式水位計。每種水位測量均可通過有線或GPRS方式將實時測量的水位傳至分中心或監(jiān)控總中心。

3.2.5 流量監(jiān)測系統(tǒng)

在灌區(qū)內(nèi)部署流量監(jiān)測點10處，位置分別在7個進水閘、2個節(jié)制閘和1個沖砂閘、為計量水費和用水配水提供依據(jù)和指導(dǎo)。主要設(shè)備采用采集傳輸設(shè)備、流速-水位法流量計測量河道水位，水位數(shù)據(jù)可通過有線或GPRS方式實時傳送到監(jiān)控中心。

3.3 功能實現(xiàn)

3.3.1 通過深入開發(fā)和廣泛利用灌區(qū)信息資源，將提高信息采集、加工的準確性以及傳輸?shù)臅r效性，使管理人員做出及時、準確的反饋和預(yù)測，為灌區(qū)科學(xué)供水、優(yōu)化配水和合理用水提供基礎(chǔ)保障。

3.3.2 通過對渠道及建筑物的遠程視頻監(jiān)控和水位、流量的實時監(jiān)測控制，有效地提高灌區(qū)管理的快速反應(yīng)能力，提升了灌區(qū)管理的效能，促進灌區(qū)管理工作的健康發(fā)展。

3.3.3 通過閘門自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)對渠道各關(guān)鍵設(shè)施、設(shè)備的遠程調(diào)整操作，實現(xiàn)渠系閘門遠程及就地自動控制，為灌區(qū)科學(xué)供水、優(yōu)化配水和合理用水提供基礎(chǔ)保障。

4.結(jié)語

灌區(qū)信息化的最終目標(biāo)是實現(xiàn)灌區(qū)管理的現(xiàn)代化。白沙灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造工程信息化建設(shè)規(guī)劃充分利用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備，逐步建立起遠程監(jiān)測、視頻監(jiān)控、閘門自動控制等自動化信息系統(tǒng)，形成了一套科學(xué)合理、運作高效的管理調(diào)度決策支持平臺，進一步拓展完善了供水服務(wù)體系，保障了灌溉供水的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，全面提高灌區(qū)的管理水平和經(jīng)濟效益，為全面實現(xiàn)灌溉工作、灌溉設(shè)施管理及灌溉用水信息管理的現(xiàn)代化打下了基礎(chǔ)。