臨猗縣回龍灌區(qū)信息化建設(shè)初探

王靖琪

（臨猗縣回龍揚(yáng)水工程管理處，山西 臨猗 044103）

臨猗縣回龍灌區(qū)信息化建設(shè)初探

王靖琪

（臨猗縣回龍揚(yáng)水工程管理處，山西 臨猗 044103）

回龍灌區(qū)是規(guī)模為六級六站的中小型灌區(qū)，目前已正常運(yùn)行40余年。但隨著當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟(jì)的發(fā)展和農(nóng)民需水量的增加，水資源配置不均，水利用系數(shù)低的問題嚴(yán)重制約著灌區(qū)的發(fā)展。通過智能化、精準(zhǔn)化、自動化灌溉系統(tǒng)，交互式電子沙盤，綜合應(yīng)用系統(tǒng)和灌區(qū)生產(chǎn)調(diào)度信息化系統(tǒng)等信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)管理的信息化和數(shù)字化，促進(jìn)了灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

信息化建設(shè)；水資源配置；水利用系數(shù)；回龍灌區(qū)

1 概況

回龍灌區(qū)位于山西省臨猗縣，1973年動工興建，1977年開始運(yùn)行，設(shè)計(jì)灌溉面積0.42萬hm2，主要涉及臨猗縣孫吉、北辛和耽子3個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的34個(gè)行政村，0.77萬hm2耕地。其中，有效灌溉面積0.42萬hm2，占耕地面積的55%。灌區(qū)現(xiàn)規(guī)模為六級六站（含水源浮船站），一至四級泵站總地形揚(yáng)程223m，安裝機(jī)組21臺，總裝機(jī)容量8580kW，提水流量2.2m3/s，渠系總長478.6km。灌區(qū)內(nèi)有干渠（四級干渠）1條，長7.52km，支渠及分支渠85條，總長228.82km，斗渠503條，總長242.23km。

2 項(xiàng)目建設(shè)必要性

受資金、技術(shù)和管理水平等限制，灌區(qū)管理落后，信息化和數(shù)字化程度低，灌溉調(diào)度一直靠經(jīng)驗(yàn)，水資源得不到優(yōu)化配置，灌溉水利用系數(shù)尚待提高。主要有以下幾方面的問題。

2.1 數(shù)據(jù)采集方式落后，效率低

受技術(shù)水平限制，多年來，灌區(qū)調(diào)度決策所需信息主要通過廣播、電話和人工檢測獲得，生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)基本采用人工記錄、核算。各種前期用水信息、實(shí)時(shí)灌溉用水參數(shù)仍需要人工統(tǒng)計(jì)或現(xiàn)場手工測量，導(dǎo)致各種數(shù)據(jù)資料信息量少、實(shí)時(shí)性準(zhǔn)確性差、反饋速度慢，調(diào)度人員很難及時(shí)掌握灌區(qū)的整體運(yùn)行情況并及時(shí)調(diào)整調(diào)度運(yùn)行方案，灌溉供水存在一定的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性。

2.2 缺少灌溉管理綜合數(shù)據(jù)庫

回龍灌區(qū)各種設(shè)計(jì)圖紙資料、基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)、灌溉生產(chǎn)供用水情況記錄、工程及設(shè)備檔案、重大事件紀(jì)要、各種技術(shù)資料等大多以文本形式存檔。數(shù)據(jù)資料少且不能做到公開透明，給合理調(diào)配灌區(qū)水資源、處置灌區(qū)緊急突發(fā)事件、制定灌區(qū)階段性發(fā)展規(guī)劃及續(xù)建配套改造計(jì)劃等帶來很大不便，也不利于水務(wù)公開等相關(guān)工作的開展。

2.3 信息傳輸準(zhǔn)確性差

回龍灌區(qū)各種運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)資料的傳輸，灌溉調(diào)度指令的發(fā)布，仍通過電話溝通，由于運(yùn)行調(diào)度中間環(huán)節(jié)較多，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性大打折扣，出錯(cuò)幾率高，嚴(yán)重影響灌區(qū)的正常安全運(yùn)行。

2.4 缺乏對供水生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的有效制約手段

目前，供水生產(chǎn)系統(tǒng)各泵站、變電站、閘站的設(shè)施設(shè)備普遍老化，各種調(diào)度指令的執(zhí)行需由人工完成，缺乏有效的技術(shù)控制措施。受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動，部分工作人員對調(diào)度指令很難做到令行禁止，造成渠系水利用系數(shù)低、供水生產(chǎn)成本加大，給灌區(qū)經(jīng)濟(jì)效益帶來嚴(yán)重?fù)p害。

2.5 缺乏科學(xué)合理的管理決策支持系統(tǒng)

目前，回龍灌區(qū)灌溉調(diào)度方案的制定和突發(fā)事件的處理很大程度上取決于管理人員、調(diào)度人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，受信息量的局限性、實(shí)時(shí)性差和不確定性的影響，運(yùn)行調(diào)度方案很難做到科學(xué)、合理，灌溉供水生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性及安全性受到很大影響，各類事故時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致灌區(qū)經(jīng)濟(jì)效益逐年下滑。

3 信息化建設(shè)方案設(shè)計(jì)

3.1 智能化灌溉系統(tǒng)

智能化灌溉系統(tǒng)的總體目標(biāo)是：依據(jù)田間測雨、測墑、測肥監(jiān)測資料，兼顧群眾用水需求統(tǒng)計(jì)，通過專家智能分析，應(yīng)用相關(guān)數(shù)學(xué)模型，對灌區(qū)作物需水進(jìn)行預(yù)報(bào)。然后依據(jù)灌區(qū)水源、渠系配水能力等，確定配水和調(diào)度方案，最終實(shí)現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉的智能化、精準(zhǔn)化、自動化動態(tài)管理。主要包括灌區(qū)作物需水預(yù)報(bào)和灌區(qū)輸配水調(diào)度兩大功能。

3.1.1 智能實(shí)時(shí)需水灌溉預(yù)報(bào)

智能實(shí)時(shí)需水灌溉預(yù)報(bào)以當(dāng)時(shí)的田間水分狀況、作物生長狀況、作物蒸發(fā)蒸騰量、水動態(tài)（地表、地下）以及短期天氣預(yù)報(bào)、作物生長趨勢等最新預(yù)測信息為基礎(chǔ)，通過田間土壤水分平衡方程逐日遞推土壤水分狀況；當(dāng)土壤含水率低于某一下限或引起作物產(chǎn)生水分脅迫時(shí)，根據(jù)預(yù)先制定的豐產(chǎn)或節(jié)水灌溉模式進(jìn)行灌區(qū)內(nèi)短期、甚至是逐日的作物灌水量智能分析和預(yù)測預(yù)報(bào)。

3.1.2 自動化輸配水調(diào)度

灌區(qū)動態(tài)配水調(diào)度用水計(jì)劃的編制和執(zhí)行，主要體現(xiàn)在渠系操作計(jì)劃方面，即確定各級渠道的開閘日期、時(shí)間，灌水延續(xù)時(shí)間（或關(guān)閘日期和時(shí)間）、放水流量等。

輪灌組確定：根據(jù)回龍灌區(qū)面積、土壤、作物種植、渠系過水能力等因素，干渠采用續(xù)灌方式，支、斗渠采用劃分輪灌組的形式進(jìn)行灌溉，以滿足各類灌溉用水戶的需求。

灌水延續(xù)時(shí)間：應(yīng)兼顧當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會條件、群眾灌溉習(xí)慣、灌溉水價(jià)及渠道養(yǎng)護(hù)和運(yùn)行狀態(tài)等因素，灌水延續(xù)時(shí)間初步確定后，反算各級渠道輸水流量，倘若實(shí)際流量大于設(shè)計(jì)流量的1.2倍或小于0.4倍，則須縮短或延長灌水時(shí)間。

開閘時(shí)間：由輪灌組內(nèi)各渠道所需灌水時(shí)間加以平均，可推得該輪灌組灌水中間日，再結(jié)合灌水延續(xù)時(shí)間對各輪灌組灌水中間日進(jìn)行平衡調(diào)整。

配水流量：按照各級渠道中的流量應(yīng)滿足連續(xù)流方程、渠道流量不能過大或過小，確定各級渠道配水流量，并形成動態(tài)配水報(bào)表。

3.2 交互式電子沙盤系統(tǒng)

具有交互功能的電子沙盤，除了展示基本的地貌、設(shè)施、概況外，在沙盤上增設(shè)一些“熱點(diǎn)”，包括各個(gè)流量、土壤墑情、雨量等信息采集點(diǎn)，泵站等各種設(shè)施以及各個(gè)攝像頭監(jiān)視點(diǎn)所在位置。通過激活，即可在大屏幕上顯示熱點(diǎn)所在地區(qū)的概況、當(dāng)前信息采樣值以及攝像頭的視頻圖像。

3.3 生產(chǎn)調(diào)度信息化系統(tǒng)

3.3.1 灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)備信息采集集成

通過對各級站的水泵、泵站配電柜（主站配電柜，提水站配電柜）的信息采集器集成，以及100處流量信息采集器、8處地下水位信息采集器、8處土壤墑情信息采集器、4處雨量信息采集器、75處攝像頭的部署，滿足信息監(jiān)控管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、三維GIS管理系統(tǒng)、綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)、信息預(yù)報(bào)預(yù)警系統(tǒng)對硬件設(shè)備信息化的需求。

3.3.2 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)包括組網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、綜合布線、機(jī)房建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采購等。結(jié)合灌區(qū)當(dāng)前需求，并充分考慮未來發(fā)展的可擴(kuò)展性，對灌區(qū)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中路由器、交換機(jī)、防火墻、防毒墻、磁盤陣列等設(shè)備進(jìn)行綜合布線和機(jī)房建設(shè)，為灌區(qū)數(shù)據(jù)中心以及各應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)支持。

3.3.3 數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)

為了使灌區(qū)信息資源共享，形成全灌區(qū)統(tǒng)一的水利公用信息平臺，提供灌區(qū)級的決策分析支持，需建設(shè)一個(gè)以數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)為核心的綜合數(shù)據(jù)中心平臺，為灌區(qū)各專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)及綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)資源的支持。

3.4 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

3.4.1 信息監(jiān)控管理系統(tǒng)

采集系統(tǒng)：自動遙測遙控分系統(tǒng)用于自動采集實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)，包括水雨情自動測報(bào)、閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控、泵站數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、流量監(jiān)測、地下水監(jiān)測、土壤墑情監(jiān)測和自動氣象站等系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)定時(shí)上報(bào)：正常情況下水源井、引水渠、墑情、雨情、氣象、水質(zhì)、地下水等氣象、農(nóng)情、環(huán)境數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，定時(shí)上報(bào)數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測中心可通過無線數(shù)傳通道向所有現(xiàn)場測控單元發(fā)出改變上報(bào)周期命令。當(dāng)采集器實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)發(fā)生突變或異常時(shí)，立即上報(bào)。

監(jiān)控系統(tǒng)：灌區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)對電機(jī)等灌區(qū)設(shè)備的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)通訊控制功能、事項(xiàng)報(bào)警處理功能、權(quán)限管理、計(jì)算功能。

3.4.2 視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為灌區(qū)管理提供了監(jiān)視手段。在控制中心管理人員可以監(jiān)視灌區(qū)所有泵站和部分主干渠的情況，為保證安全生產(chǎn)提供了保障。根據(jù)灌區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行具體工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場測試。

3.4.3 三維GIS管理系統(tǒng)

三維GIS管理系統(tǒng)主要可劃分為灌區(qū)三維場景可視化顯示系統(tǒng)、三維實(shí)體信息查詢系統(tǒng)、三維分析系統(tǒng)、輔助決策支持系統(tǒng)和GPS指揮調(diào)度系統(tǒng)五個(gè)子系統(tǒng)。 二、三維地理信息系統(tǒng)在“數(shù)字水務(wù)”工程的指導(dǎo)下，整理分析歷史灌區(qū)資料，結(jié)合當(dāng)前灌區(qū)形勢的變化，利用并綜合GIS技術(shù)、VR技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)回龍灌區(qū)三維場景的全視角瀏覽，并可以對任意位置進(jìn)行基于三維的距離、面積量測；對整個(gè)灌區(qū)的氣象等進(jìn)行實(shí)時(shí)信息、多日信息以及極值的查詢并可視化地表示在三維場景中；同時(shí)對關(guān)于回龍灌區(qū)相關(guān)村莊、協(xié)會、控制站、干渠、支渠、斗渠、水閘、泵站等相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢、定位關(guān)聯(lián)、智能控制；系統(tǒng)集成遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)，可以在瀏覽三維系統(tǒng)的同時(shí)，對重點(diǎn)區(qū)域、目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.4.4 灌區(qū)綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

綜合業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)由基礎(chǔ)信息子系統(tǒng)、灌溉管理子系統(tǒng)、辦公管理子系統(tǒng)、繳費(fèi)結(jié)算子系統(tǒng)、查詢統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)、水務(wù)信息公開子系統(tǒng)、灌區(qū)信息預(yù)報(bào)預(yù)警子系統(tǒng)七部分組成。

4 結(jié)語

回龍灌區(qū)信息化建設(shè)，改變了落后的管理方式，通過信息查詢和監(jiān)控視頻即可全面而準(zhǔn)確地了解灌區(qū)的整個(gè)運(yùn)行情況，不僅節(jié)省了人力物力，而且信息準(zhǔn)確率高，改變了灌區(qū)落后的生產(chǎn)管理方式，實(shí)現(xiàn)了智能化、數(shù)字化管理，對促進(jìn)水資源合理配置，提高灌區(qū)水利用系數(shù)有極其重要的意義。

S274.2 ［

］C ［

］1004-7042（2016）11-0020-02

王靖琪（1980-），男，2013年畢業(yè)于太原理工大學(xué)工程造價(jià)專業(yè)，助理工程師。

2016-09-18；

2016-10-21