陸渾灌區(qū)信息化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李敏，郭英武，張宏圖

(河南省陸渾水庫(kù)管理局，河南 洛陽 471003)

1 陸渾灌區(qū)概況

陸渾灌區(qū)位于河南省西部，地處嵩山和熊耳山谷地的淺山丘陵區(qū)，跨黃河、淮河兩大流域，自陸渾水庫(kù)引水。灌區(qū)范圍涉及平頂山、洛陽、鄭州三市的七個(gè)縣(市)，共計(jì)51個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。陸渾灌區(qū)現(xiàn)有總干渠、東一干渠、東二干渠和西干渠4條干渠，總長(zhǎng)287.13 km。灌區(qū)土地總面積22萬hm2，灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積895 hm2，目前有效灌溉面積436.10 hm2。

河南省陸渾水庫(kù)管理局(以下稱省局)隸屬于河南省水利廳，是陸渾灌區(qū)的主管單位，行使灌區(qū)骨干工程建設(shè)及用水調(diào)度權(quán)。工程管理：省局下設(shè)總干渠管理處、東一干渠管理處兩個(gè)二級(jí)機(jī)構(gòu)分別負(fù)責(zé)總干渠、東一干渠上段工程；其它干渠工程分別由其所在行政區(qū)政府成立的專管機(jī)構(gòu)(以下稱各縣、市局)負(fù)責(zé)，支斗渠以下工程一般由受益用水戶自主管理。用水管理：灌區(qū)用水戶有用水需求時(shí)，先由各二級(jí)管理單位協(xié)商用水戶并制定用水計(jì)劃，后上報(bào)省局統(tǒng)一調(diào)度，各二級(jí)管理單位的管理段所直接負(fù)責(zé)所轄渠段的用水管理。各縣、市局管理單位的人事、財(cái)務(wù)等事權(quán)歸屬地方政府，業(yè)務(wù)上接受省局指導(dǎo)，各縣(市)局及其它用水戶按照有關(guān)規(guī)定或協(xié)議按用水量與省局進(jìn)行水費(fèi)結(jié)算。

2 信息化系統(tǒng)建設(shè)需求分析

2.1 提高灌區(qū)信息管理與應(yīng)用水平的需要

之前，陸渾灌區(qū)信息處理手段落后，沒有實(shí)現(xiàn)信息共享，信息利用效率低，不僅影響到對(duì)灌區(qū)工情、水情的及時(shí)、準(zhǔn)確、全面掌握，也嚴(yán)重影響了工程的安全運(yùn)行。因此，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)灌區(qū)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的數(shù)字化管理和應(yīng)用，是陸渾灌區(qū)發(fā)展的迫切需要。

2.2 優(yōu)化配置水資源的需要

長(zhǎng)久以來，如何優(yōu)化輸水調(diào)度，精準(zhǔn)水量配置，提高用水效率，一直是擺在省局面前的難題。利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)水資源信息的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，并對(duì)有關(guān)信息進(jìn)行及時(shí)分析、處理，進(jìn)一步提高灌區(qū)水資源優(yōu)化配置的科學(xué)性、合理性，是陸渾灌區(qū)多年?duì)幦〉陌l(fā)展目標(biāo)。

2.3 建設(shè)節(jié)水型灌區(qū)的需要

近年來，陸渾灌區(qū)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，灌區(qū)可利用水資源日顯短缺，陸渾水庫(kù)水資源逐漸成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的必要支撐。將高新技術(shù)與傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，建設(shè)集信息采集、處理、監(jiān)控、決策、反饋為一體的用水管理體系，大幅提高水資源利用效率，從而將陸渾灌區(qū)打造成現(xiàn)代化的高效節(jié)水型灌區(qū)，已成為陸渾灌區(qū)各管理單位的強(qiáng)烈共識(shí)。

2.4 提高灌區(qū)管理水平的需要

同比較之下，陸渾灌區(qū)信息采集、處理技術(shù)落后，整體管理水平偏低，利用現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)建設(shè)灌區(qū)信息化工程，為灌區(qū)供水運(yùn)行和其它日常事務(wù)管理提供有效的技術(shù)支持，按照國(guó)家規(guī)定的灌區(qū)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化管理要求，在逐步提高灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平的基礎(chǔ)上，逐漸提高管理效率并有效降低管理成本，已成為陸渾灌區(qū)管理的當(dāng)務(wù)之急。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

陸渾灌區(qū)目前存在且可能長(zhǎng)期不變的管理體制，決定了灌區(qū)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。多層次多部門的交叉管理，遠(yuǎn)程輸水、網(wǎng)絡(luò)辦公等多層面的業(yè)務(wù)需求，是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)必須關(guān)注的要點(diǎn)。一旦系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理，將導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷甚至不能有效使用，也會(huì)為系統(tǒng)后期應(yīng)用和升級(jí)帶來較多困難。因此，按照現(xiàn)代化灌區(qū)建設(shè)、管理的較高標(biāo)準(zhǔn)，本著統(tǒng)一規(guī)劃、分期實(shí)施、技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用高效的原則，陸渾灌區(qū)信息化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)為：

在河南省陸渾水庫(kù)管理局建立陸渾灌區(qū)信息中心，在陸渾灌區(qū)4個(gè)縣(市)管理局、省局下屬的干渠管理處和1個(gè)水庫(kù)管理處設(shè)立二級(jí)監(jiān)控中心，在干渠沿線渠道管理段所建設(shè)三級(jí)管理站。從安全角度考慮，在陸渾灌區(qū)信息中心分類設(shè)置服務(wù)器，針對(duì)各應(yīng)用子系統(tǒng)構(gòu)建相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

在各二級(jí)管理單位建設(shè)二級(jí)信息中心，建設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)并通過Internet與省局及其所轄段所建立網(wǎng)絡(luò)鏈接，并布置服務(wù)器，建設(shè)用于本單位使用的閘門監(jiān)控、用水管理、視頻監(jiān)視、視頻會(huì)商、OA辦公等系統(tǒng)。此體系設(shè)計(jì)滿足了多層級(jí)互連互通、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、各單位又可獨(dú)立一域自成網(wǎng)絡(luò)的基本要求。

在滿足體系完整、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)行通暢、效益明顯要求的前提下，根據(jù)實(shí)際需要，在灌區(qū)渠道工程、灌面的關(guān)鍵點(diǎn)位建設(shè)水情、雨情、墑情等基本信息采集點(diǎn)，所有信息均通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)上傳省局信息中心，閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)視儀等設(shè)施通過光纜接至三級(jí)管理站，上級(jí)各部門可根據(jù)需要隨時(shí)監(jiān)視查看。

4 系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)現(xiàn)

4.1 通信網(wǎng)絡(luò)組建

陸渾灌區(qū)渠線長(zhǎng)，涉及面積廣，且各管理單位相距甚遠(yuǎn)，因此，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是灌區(qū)信息化系統(tǒng)能夠高度集成和靈活運(yùn)行的基礎(chǔ)。該模塊包括省局連接各縣(市)局、各段所的網(wǎng)絡(luò)通路，以及各單位獨(dú)立的網(wǎng)域，還包括信息采集點(diǎn)上傳的無線通道。設(shè)計(jì)根據(jù)不同性質(zhì)數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)采集環(huán)境需要，選擇合理的數(shù)據(jù)傳輸方式和途徑，將一級(jí)和二級(jí)單位的內(nèi)部局域網(wǎng)組建、數(shù)據(jù)流調(diào)配、服務(wù)器布設(shè)均在此模塊中統(tǒng)籌考慮。

陸渾灌區(qū)信息化系統(tǒng)工程共為13個(gè)基層段所建立了100 M帶寬、為省局和四個(gè)二級(jí)單位建立了300 M帶寬的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；灌區(qū)及水庫(kù)雨情信息通過北斗衛(wèi)星、渠道水情通過GPRS模塊直接上傳到省局信息中心；灌區(qū)工況及墑情等其它信息通過網(wǎng)絡(luò)間接接入省局信息中心；視頻監(jiān)視及閘門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)備等則直接接入相關(guān)段所。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)及服務(wù)器構(gòu)建

省局信息中心的服務(wù)器是信息化系統(tǒng)的核心。從系統(tǒng)運(yùn)行的信息安全、穩(wěn)定、高效方面考慮，根據(jù)實(shí)際需要，在不同的服務(wù)器上獨(dú)立構(gòu)建了數(shù)據(jù)庫(kù)。陸渾灌區(qū)信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)包括：基礎(chǔ)信息、GIS信息、水文信息、用水管理、OA系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站等數(shù)據(jù)庫(kù)，共設(shè)置了用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、門戶網(wǎng)站和OA辦公的3個(gè)服務(wù)器。

4.3 信息采集點(diǎn)布設(shè)

陸渾灌區(qū)的工程狀況、土壤墑情、渠道水情、視頻監(jiān)控、閘門控制等信息由相應(yīng)的信息采集設(shè)備數(shù)字化后通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)上傳至相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，各類應(yīng)用軟件系統(tǒng)根據(jù)需要可隨時(shí)查詢、處理、調(diào)用。陸渾灌區(qū)共建設(shè)信息采集點(diǎn)如下。遙測(cè)雨量站：在陸渾水庫(kù)控制流域及灌區(qū)內(nèi)建設(shè)遙測(cè)雨量站24個(gè)，實(shí)現(xiàn)降雨信息的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)；墑情采集點(diǎn)：在全灌區(qū)有區(qū)域代表性的地方布設(shè)GPRS型土壤墑情傳感器12套；干渠水位站：沿總干渠、東一干渠上段共設(shè)置磁致伸縮水位計(jì)23處；口門流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)：對(duì)總干渠、東一干渠上段引水量較大的40個(gè)灌溉用引水口門安裝了巴歇爾槽；視頻監(jiān)控：在總干渠、東一干渠段所附近的上下游渠道上及大型建筑物附近安裝高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)58臺(tái)；水庫(kù)水位站：分別在伊川第二、第二電廠水庫(kù)和汝陽工業(yè)園水庫(kù)內(nèi)安裝雷達(dá)水位計(jì)3套；氣象站：設(shè)在灌區(qū)中心位置的內(nèi)埠段；閘門遠(yuǎn)程控制：建設(shè)遠(yuǎn)程控制干渠節(jié)制閘、退水閘12孔位。

4.4 應(yīng)用軟件系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)一個(gè)實(shí)時(shí)、快速、精準(zhǔn)、高效的，以灌區(qū)數(shù)據(jù)信息處理、存儲(chǔ)、輸出為基礎(chǔ)，以提供綜合信息從而支持決策為目標(biāo)的實(shí)用的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，是灌區(qū)信息化建設(shè)的最終目的，也是信息化系統(tǒng)切實(shí)發(fā)揮效益的出口。根據(jù)陸渾灌區(qū)業(yè)務(wù)管理需要，建設(shè)的信息化應(yīng)用子系統(tǒng)主要有：陸渾灌區(qū)GIS地理信息系統(tǒng)、陸渾防汛管理系統(tǒng)、雨水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、用水管理系統(tǒng)、OA自動(dòng)化辦公系統(tǒng)等。

5 經(jīng)驗(yàn)及建議

5.1 灌區(qū)信息化建設(shè)應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃

灌區(qū)信息化建設(shè)是覆蓋面廣、投資多、運(yùn)行成本大且技術(shù)含量高的大工程，對(duì)信息采集點(diǎn)的選點(diǎn)布局、信息采集方式、運(yùn)行管護(hù)及后期投資等，一定要進(jìn)行全面、深入的考察和論證。對(duì)信息采集點(diǎn)的布置，逐點(diǎn)進(jìn)行必要性、可行性分析，確定需要布點(diǎn)的緣由，避免簡(jiǎn)單地按區(qū)域或渠道長(zhǎng)度進(jìn)行批量布設(shè)。

5.2 需求分析是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

在業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)過程中，要特別重視和做好軟件系統(tǒng)開發(fā)前的需求分析和數(shù)據(jù)流的分析、驗(yàn)證等工作，并對(duì)各個(gè)階段的工作成果進(jìn)行審核與確認(rèn)。對(duì)于一個(gè)軟件系統(tǒng)開發(fā)，需求分析和數(shù)據(jù)流設(shè)計(jì)應(yīng)占整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)份額的一半以上，是決定信息系統(tǒng)開發(fā)成敗的關(guān)鍵因素，其重要性不言而喻。

5.3 技術(shù)及后期支持事關(guān)信息化成敗大局

灌區(qū)信息化系統(tǒng)能否有效地長(zhǎng)期運(yùn)行并良好地發(fā)揮作用，與能否得到開發(fā)單位良好、持續(xù)的技術(shù)支持和服務(wù)，以及系統(tǒng)不斷地改進(jìn)完善和升級(jí)有很大關(guān)系。因此，要高度重視系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)定位，并確保系統(tǒng)建成后能夠得到相應(yīng)的技術(shù)支持和服務(wù)；管理單位更要高度重視系統(tǒng)的日常運(yùn)行管理，加強(qiáng)系統(tǒng)的維護(hù)投入和管理人員的業(yè)務(wù)提升。

5.4 確保自動(dòng)控制閘門的啟閉安全

閘門自動(dòng)化控制應(yīng)以現(xiàn)地為主，采用多級(jí)控制時(shí)必須實(shí)行現(xiàn)地優(yōu)先的原則，并細(xì)致完善操作規(guī)程，使其具備隨時(shí)處理意外事故的能力。尤其對(duì)干渠上的大型閘門實(shí)施遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，必須對(duì)其安全性進(jìn)行細(xì)致的個(gè)案論證，建立多重安全防范體系，并具備自動(dòng)控制系統(tǒng)失效情況下閘門能夠正常啟閉的基本保障措施，以確保設(shè)備、工程安全運(yùn)行。

5.5 重視野外設(shè)備的安全防護(hù)

灌區(qū)信息化系統(tǒng)大部分設(shè)備處在荒郊野外，易遭受天氣變化、人為偷盜破壞等影響，設(shè)備的防雷、防水、防盜等至關(guān)重要。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要重視設(shè)備的安全防護(hù)，盡可能將設(shè)備布置在房屋、豎井內(nèi)或不易到達(dá)的隱蔽地方，以減少設(shè)備與外界的接觸，還要考慮到管理人員在日常檢查、維護(hù)中的便捷要求。