灌區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)化信息系統(tǒng)設(shè)計研究

劉 芳

(燈塔市水利灌溉服務(wù)中心，遼寧 遼陽 111300)

0 引 言

水利工程是推動經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，也是保障國家糧食安全和農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而灌區(qū)是促進農(nóng)業(yè)發(fā)展的必要條件[1]。大型灌區(qū)擔(dān)負著改善生態(tài)環(huán)境和城鄉(xiāng)生活的重要任務(wù)，對實現(xiàn)農(nóng)村與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟增長發(fā)揮著巨大作用，這也是各類農(nóng)產(chǎn)品重要的生產(chǎn)基地[2]。中國對自動化控制農(nóng)業(yè)灌區(qū)的技術(shù)研究最早起始于1950s，受施工經(jīng)驗、歷史條件、成本資金、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等條件限制，灌區(qū)整體質(zhì)量較差且多處未達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過長期的運行絕大部分工程存在用水損失嚴重、水利設(shè)施老化、原配套程度低、工程標(biāo)準(zhǔn)偏低、渠系淤積等問題，加之運行管理不善進一步加速了灌區(qū)的老化失修，灌區(qū)管理自動化水平較低[3]。近年來，隨著水利信息化水平隨計算機技術(shù)的快速發(fā)展得以明顯提升，然而灌區(qū)信息化仍存在信息孤島嚴重、缺少規(guī)范統(tǒng)一的接口和資金投入不足等問題。為徹底轉(zhuǎn)變灌區(qū)重建設(shè)、輕管理的現(xiàn)狀，水利標(biāo)準(zhǔn)化管理明確提出了通過信息化建設(shè)提高灌區(qū)整體效益和管理水平，由此實現(xiàn)水資源配置、水雨情、灌區(qū)工程的信息化管理。

1 灌區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)設(shè)計

1.1 信息化設(shè)計原則

根據(jù)灌區(qū)的實際需求、現(xiàn)狀情況以及水利信息化建設(shè)總體設(shè)計方案，遵循實用性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)化和開放性等原則建設(shè)信息化系統(tǒng)。

1.1.1 開放性

灌區(qū)管理系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)遵循統(tǒng)一開放性原則，通過對系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、結(jié)構(gòu)化處理，滿足縣級管理處、調(diào)度中心及上級管理部門實時調(diào)用各類信息的需求。

1.1.2 可靠性

灌區(qū)工程大多建設(shè)于偏遠山區(qū)，這些地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)信號較差且信息傳輸效率低，因此要確保突發(fā)事件情況下信息的傳輸暢通，保證系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)正常。

1.1.3 實用性

灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)考慮系統(tǒng)的可操作性和實用性，切實保證上級考核目標(biāo)的實現(xiàn)，充分利用現(xiàn)有資源滿足灌區(qū)實際需要，科學(xué)設(shè)計系統(tǒng)模塊防止出現(xiàn)重復(fù)建設(shè)的情況。

1.1.4 標(biāo)準(zhǔn)化

為了形成一個有機的灌區(qū)管理整體，各分系統(tǒng)建設(shè)過程中還要遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化原則，結(jié)合實際需求集成各類模塊建設(shè)管理系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)總體框架

灌區(qū)信息化系統(tǒng)建設(shè)主要有數(shù)據(jù)層、采集層、用戶層和系統(tǒng)層，以規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)體系及穩(wěn)定運行的環(huán)境為保障，為灌區(qū)管理提供科學(xué)指導(dǎo)，總體框架如圖1。

圖1 灌區(qū)管理系統(tǒng)的總體框架

1.2.1 用戶層

系統(tǒng)的使用者組成用戶層，并給用戶層按照不同的需求和工作內(nèi)容分配相應(yīng)的權(quán)限，一般劃分為工作人員、決策者和管理員等角色，系統(tǒng)分析各類需求與角色特性。

1.2.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)層

業(yè)務(wù)系統(tǒng)層處于系統(tǒng)的上層，其主要功能為管理人員提供各類服務(wù)，包括系統(tǒng)管理、報表統(tǒng)計、運行管理、組織管理和主頁等內(nèi)容。采用B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)層覆蓋灌區(qū)管理的全部內(nèi)容，將Web GIS網(wǎng)絡(luò)瀏覽器應(yīng)用模式與多層次可視化空間圖形操作界面相耦合，利用業(yè)務(wù)應(yīng)用和綜合服務(wù)功能達到灌區(qū)標(biāo)準(zhǔn)化管理要求。

1.2.3 數(shù)據(jù)層

由數(shù)據(jù)中心管理與存儲系統(tǒng)數(shù)據(jù)，由此實現(xiàn)數(shù)據(jù)的維護、存儲、編碼、組織和分類，包括各種應(yīng)用數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)庫的查找、更新、修改、刪除、增添等操作利用數(shù)據(jù)層實現(xiàn)，以運行管理規(guī)范與數(shù)據(jù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，全局考慮服務(wù)和存儲的內(nèi)容，以存儲層構(gòu)建規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合具體的業(yè)務(wù)采用服務(wù)層完成相應(yīng)的設(shè)計，保證數(shù)據(jù)設(shè)計的穩(wěn)定性、實用性和有效性，為維持良好穩(wěn)定的系統(tǒng)運行環(huán)境創(chuàng)造有利條件。

1.2.4 采集層

采集層具有信息的傳輸與采集兩大功能，即傳輸網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)采集功能模塊，該層為組成系統(tǒng)的核心與基礎(chǔ)。其中，數(shù)據(jù)采集涉及視頻信息、工情信息、水雨情信息的采集，它是數(shù)據(jù)中心的主要信息來源，而傳輸網(wǎng)絡(luò)提供路由、網(wǎng)關(guān)、防火墻、計算機、服務(wù)器等支持系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及各種硬件。

2 管理系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)

2.1 事項流程的控制

在系統(tǒng)中體現(xiàn)每個管理事項的操作流程為實現(xiàn)管理系統(tǒng)事項操作流程化的關(guān)鍵，充分考慮管理手冊相關(guān)要求流轉(zhuǎn)相應(yīng)的流程。其中，流程的控制與流轉(zhuǎn)利用軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)，以網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⒘魈娲芾硎謨缘木唧w要求，通過紀錄流轉(zhuǎn)過程及規(guī)范事項處理流程，達到自動生成臺賬、邊界管理、留痕操作的目標(biāo)。

2.1.1 日常檢查處理流程

按照防修并重、經(jīng)常養(yǎng)護、及時檢查的原則，利用雇傭關(guān)系和專業(yè)的養(yǎng)護維修隊伍做好灌區(qū)工程的日常檢查工作。灌區(qū)管理范圍內(nèi)的隧洞、渠系建筑物、渠道和渠首工程等為日常檢查的主要對象，進一步分為渠堤頂、渠道內(nèi)外坡、節(jié)制閘等各類建筑物，以及保護范圍和渠道管理范圍內(nèi)的違章建筑物、環(huán)境衛(wèi)生等各種狀況。

必須嚴格按照相關(guān)規(guī)定完成日常檢查，巡查紀錄要及時填寫，并向工程技術(shù)管理科于每月月初上交匯總后的紀錄，利用巡查手機實時上傳巡查軌跡。工程巡查崗要及時上報發(fā)現(xiàn)的異常情況或安全隱患，對于瞞報、漏報、延報并產(chǎn)生不良后果的按有關(guān)規(guī)定處理。巡查過程中發(fā)現(xiàn)緊急問題時可現(xiàn)行采取果斷措施，巡查崗位人員及時匯報情況，最大程度的降低可能產(chǎn)生的損失。根據(jù)工程問題的嚴重程度水安全保衛(wèi)科和工程技術(shù)管理科，對上報的問題實施相應(yīng)的處理措施，情況緊急時還要啟動應(yīng)急方案，同時上報管理部門，詳細流程如圖2。

圖2 灌區(qū)管理日常檢查流程

2.1.2 定期檢查

每年灌溉期前后實施的全面定期檢查，可保證工程的維修養(yǎng)護和灌區(qū)的安全供水，按照日常檢查規(guī)范確定檢查的路線、內(nèi)容和范圍。工程技術(shù)人員原則上要參與定期檢查，灌溉期前后至少各檢查一次并歸檔、整理有關(guān)資料，為改善灌區(qū)環(huán)境還要及時養(yǎng)護灌區(qū)各項機械設(shè)備。此外，充分考慮灌區(qū)渠道、水工建筑物實際情況，合理制定標(biāo)段養(yǎng)護計劃和管護進度，在規(guī)定時間內(nèi)保證管護和檢查工作的按時完成，切實提高工程養(yǎng)護質(zhì)量；對水工建筑物實行定期檢查，及時上報發(fā)現(xiàn)的問題并給出合理的解決方案，保證行水期內(nèi)渠道的安全；加強行水期內(nèi)的渠道管理提高灌區(qū)用水效率，確保用水秩序和灌溉工作有序進行。通過對水利設(shè)施利用簡單的工具檢查、修補以及實行專養(yǎng)、勤養(yǎng)，最大限度的延長工程使用年限和消除安全隱患。

2.1.3 特別檢查

針對受特大暴雨、極端氣溫、有感地震等可能引起安全隱患的情況，或者灌區(qū)出現(xiàn)險情的條件要實施特別檢查。檢查前向上級主管單位上報檢查計劃，具體的組織實施一般由管理局領(lǐng)導(dǎo)負責(zé)；檢查時邀請上級主管部門安排專員和工程管理技術(shù)人員參加，也可結(jié)合實際情況對灌區(qū)工程委托專業(yè)檢測機構(gòu)實施安全鑒定；檢查后及時完成檢查報告的編寫以及局領(lǐng)導(dǎo)的審核，并上報備案，詳見圖3。

圖3 灌區(qū)管理特別檢查流程

2.1.4 維修養(yǎng)護

全面清理影響灌區(qū)正常供水的渠道垃圾、渠坡雜草、渠底淤積等屬于養(yǎng)護工作的主要內(nèi)容，對于存在的各類破壞或損壞應(yīng)及時消除，由此改善灌區(qū)水利設(shè)施原有狀況，經(jīng)維修養(yǎng)護確保工程的正常運用和完整。此外，年度維修、日常維修和養(yǎng)護為構(gòu)成維修養(yǎng)護的三種常見類型。

2.1.5 檔案管理

通過規(guī)范檔案管理明確工程信息，通過繪制水利設(shè)施分布圖以及工程信息登記造冊，并且要求管理崗及時歸檔、管理、收集各類資料，向管理崗人員與檔案負責(zé)人按要求移交相關(guān)資料，檔案管理工作由辦公室統(tǒng)一負責(zé)。

2.2 閘門智能化調(diào)度的實現(xiàn)

2.2.1 遠程控制

現(xiàn)地單元為實現(xiàn)閘門遠程控制的基礎(chǔ)，其中現(xiàn)地單元有供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、視頻槍機、閘前雷達水位計、控制電氣元器件、現(xiàn)場控制PLC、主令閘位計、閘門開度儀等。當(dāng)前，比較常用的控制方式有系統(tǒng)遠程控制、現(xiàn)地遙控控制、現(xiàn)地手動控制。

根據(jù)數(shù)位模擬量和開關(guān)數(shù)據(jù)實施遠程控制，其完成信息采集的途徑為運城采集，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)主動輸送至集控中心。水閘現(xiàn)場的實時情況利用集控中心計算機完成監(jiān)測，閘門開關(guān)的遠程控制還要考慮實際情況。在閘門開度儀大于限值或電機過載的情況下，系統(tǒng)自帶的安全限位功能自動關(guān)閉以保護啟閉平臺、螺桿和電機。

2.2.2 智能化調(diào)度

根據(jù)不同的需求、時間、區(qū)域用戶制定相應(yīng)的灌溉方案，科學(xué)利用調(diào)度模型自動決定閘門的開度、時長、時間以及是否關(guān)閉或開啟等，該過程即為灌區(qū)的職能調(diào)度。通過系統(tǒng)遠程調(diào)度將運行結(jié)果反饋至用戶，自主完成灌溉任務(wù)以及提供輔助決策數(shù)據(jù)，其關(guān)鍵技術(shù)主要有以下內(nèi)容：①依據(jù)水動力學(xué)調(diào)度模型數(shù)據(jù)中心完成運算和調(diào)度預(yù)案設(shè)計，然后利用指令將預(yù)案下發(fā)終端、終端開閉閘門實現(xiàn)水資源調(diào)度。②紅色、黃色和藍色為調(diào)度預(yù)案的三種類型，其中系統(tǒng)自動開閉閘群無人值守程序(藍色預(yù)案系統(tǒng))；系統(tǒng)向各級負責(zé)人發(fā)送預(yù)案，經(jīng)審批實施閘群操作(黃色預(yù)案)；未及時審批紅色預(yù)案，系統(tǒng)向開發(fā)方相關(guān)人員以及所有子系統(tǒng)緊急發(fā)送有關(guān)信息，為緊急情況的人工干預(yù)處理提供科學(xué)指導(dǎo)。

3 結(jié) 論

灌區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)是監(jiān)督考核水利標(biāo)準(zhǔn)化和全過程動態(tài)管理的有效方法，也是驗收工程管理的重要環(huán)節(jié)。灌區(qū)管理標(biāo)準(zhǔn)化以信息化為內(nèi)在驅(qū)動力，由此實現(xiàn)監(jiān)測信息和工程臺賬信息的全面監(jiān)管，為管理單位的日常管理和灌區(qū)工程的正常運行提供服務(wù)，對建設(shè)美麗鄉(xiāng)村、強監(jiān)管、保安全的灌區(qū)發(fā)揮著重要作用。