哈密市石城子灌區(qū)信息化測(cè)報(bào)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案研究

孔祥峰

（哈密市石城子水系流域管理總站，新疆 哈密 839000）

石城子灌區(qū)經(jīng)過多年的建設(shè)，已經(jīng)取得了較好的節(jié)水和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效益，促進(jìn)了石城子灌區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使灌區(qū)的工農(nóng)業(yè)用水得到了一定程度的改善。但整個(gè)灌區(qū)水資源調(diào)度管理的水平仍然比較粗放，用水浪費(fèi)嚴(yán)重，灌溉水利用率十分低下，水資源時(shí)空分布不均造成的水資源短缺、水生態(tài)環(huán)境惡化的狀況短時(shí)間內(nèi)難以扭轉(zhuǎn)，灌區(qū)水資源季節(jié)性供需不足的矛盾十分尖銳。在這樣的形勢(shì)面前，灌區(qū)必須創(chuàng)新思路，尋求新的發(fā)展和突破。深入推進(jìn)信息化項(xiàng)目建設(shè)，以信息化帶動(dòng)灌區(qū)水管理工作的現(xiàn)代化［1]，促進(jìn)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從灌溉粗放型向節(jié)水型的轉(zhuǎn)化，是深化灌區(qū)改革發(fā)展的有效途徑，也是灌區(qū)信息化建設(shè)的必然需求。

1 已建信息化系統(tǒng)情況及存在的問題

石城子灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造建設(shè)內(nèi)容的實(shí)施，為主要骨干渠系的改造，信息化建設(shè)相對(duì)薄弱。建設(shè)的內(nèi)容主要為石城子水庫(kù)的安防、部分水情監(jiān)測(cè)站及配套的數(shù)據(jù)采集軟件、石城子渠首的自動(dòng)化。與水利事業(yè)迅速發(fā)展的形勢(shì)要求及信息技術(shù)日新月異的進(jìn)步相比，灌區(qū)的信息化建設(shè)還有非常大的差距，存在一些急需解決的問題。

（1）水量在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，灌區(qū)已建的水位/流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)覆蓋范圍及密度有限，且建設(shè)已經(jīng)歷了十多年的時(shí)間，先后有不同的公司參與過項(xiàng)目建設(shè)，管理單位缺乏運(yùn)行維護(hù)資金和專業(yè)人才，基礎(chǔ)信息采集設(shè)備損毀嚴(yán)重。因此，加強(qiáng)并完善基礎(chǔ)信息的采集、傳輸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對(duì)渠道水量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的需求，需要對(duì)水位/流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行更新及補(bǔ)充完善。

（2）基礎(chǔ)信息系統(tǒng)建設(shè)尚需完善和加強(qiáng)。由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和投資渠道的限制，一些對(duì)灌區(qū)水管理工作非常有用的基礎(chǔ)信息的采集，一些為實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)管理與優(yōu)化調(diào)度必須搭建的基礎(chǔ)信息采集點(diǎn)在前期建設(shè)中未能列入。

（3）信息共享困難，未建立起統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用平臺(tái)。從專業(yè)融合角度來看，受到當(dāng)時(shí)信息技術(shù)水平、投資渠道、工程建設(shè)進(jìn)度等制約，信息化系統(tǒng)的各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)基本采用獨(dú)立、分期建設(shè)，各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)存在條狀化特點(diǎn)，業(yè)務(wù)比較分散、數(shù)據(jù)共享比較困難、維護(hù)管理比較復(fù)雜。灌區(qū)不能從全局上下進(jìn)行管理。

（4）未建立起完善的灌區(qū)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系和評(píng)測(cè)評(píng)估體系。由于缺乏完善的灌區(qū)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系和評(píng)測(cè)評(píng)估體系，灌區(qū)信息系統(tǒng)的建設(shè)缺乏一致性和連貫性，導(dǎo)致系統(tǒng)之間很難共享。另外，信息化系統(tǒng)建設(shè)管理制度也需要進(jìn)一步完善。

2 信息化測(cè)報(bào)系統(tǒng)優(yōu)化建設(shè)

2.1 優(yōu)化系統(tǒng)總體思路

哈密市石城子灌區(qū)信息化測(cè)報(bào)系統(tǒng)優(yōu)化總體框架分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層（應(yīng)用支撐、服務(wù)支撐）、業(yè)務(wù)應(yīng)用層（業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)）以及建設(shè)管理保證體系與運(yùn)維管理保障體系。圖1 描述了各層之間的相互邏輯關(guān)系及其內(nèi)部的邏輯關(guān)系。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

2.2 優(yōu)化系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

優(yōu)化系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施主要是建設(shè)自動(dòng)化信息采集系統(tǒng)（圖2），包括水庫(kù)庫(kù)水位監(jiān)測(cè)、管道水情監(jiān)測(cè)、渠道水情監(jiān)測(cè)、水庫(kù)上游降雨監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視和圖像監(jiān)視。監(jiān)測(cè)通過GPRS、雷達(dá)水位計(jì)傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一傳輸至已建數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，通過水庫(kù)庫(kù)容曲線實(shí)時(shí)推算水庫(kù)的蓄水量信息，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算方式，計(jì)算庫(kù)水位、蓄水量、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

視頻信息通過自建光纖接入到石城子供水調(diào)度中心的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，再通過自建光纖傳輸?shù)绞亲铀畮?kù)渠首節(jié)點(diǎn)，在石城子水庫(kù)渠首節(jié)點(diǎn)通過運(yùn)營(yíng)商專線傳輸?shù)绞亲铀畮?kù)管理站，再通過運(yùn)營(yíng)商專線傳輸?shù)绞亲铀盗饔蚬芾砜傉?。?shí)現(xiàn)石城子水系流域管理總站、石城子水庫(kù)管理站、石城子供水調(diào)度中心均可觀看已建視頻圖像。

圖2 灌區(qū)自動(dòng)化信息采集系統(tǒng)

2.3 優(yōu)化信息化軟件系統(tǒng)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)

參照相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)石城子灌區(qū)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)子庫(kù)，主要包括基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)子庫(kù)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)子庫(kù)、地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)。

（1）基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)子庫(kù)。建設(shè)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)子庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)石城子灌區(qū)水庫(kù)、渠首、渠道、水閘和水情監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等基礎(chǔ)信息的存儲(chǔ)與管理。

（2）綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)子庫(kù)。建設(shè)綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)子庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)石城子灌區(qū)農(nóng)作物種植情況、年用水計(jì)劃、配水計(jì)劃、水庫(kù)蓄水、渠道放水、用水戶需水、實(shí)際用水及應(yīng)收水費(fèi)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

（3）地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)。建設(shè)地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)，在哈密水利數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，補(bǔ)充完善石城子灌區(qū)地理空間基礎(chǔ)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)子庫(kù)主要內(nèi)容：石城子水系河流基礎(chǔ)要素、灌區(qū)水利工程、灌區(qū)輸水工程、灌區(qū)量水設(shè)施、管理機(jī)構(gòu)等數(shù)據(jù)。

石城子灌區(qū)基礎(chǔ)信息、地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和歷史業(yè)務(wù)資料，完成數(shù)據(jù)的入庫(kù)，可為哈密市石城子灌區(qū)信息化測(cè)報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)行提供本地?cái)?shù)據(jù)。

2.3.2 優(yōu)化應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)著力于灌區(qū)水情測(cè)報(bào)和預(yù)警預(yù)報(bào)、水資源管理和配水調(diào)度、灌區(qū)工程基礎(chǔ)信息管理，以及綜合監(jiān)管灌區(qū)農(nóng)業(yè)、城市生活用水、工業(yè)等各類用水情況的綜合應(yīng)用系統(tǒng)?；诠鄥^(qū)三維數(shù)字平臺(tái)實(shí)現(xiàn)水流演進(jìn)及影響范圍分析模擬，通過水情監(jiān)視預(yù)警、水資源調(diào)度情勢(shì)分析和配水調(diào)度管理等功能，為灌區(qū)防汛預(yù)警、水資源調(diào)度管理等工作提供決策支持，提升灌區(qū)水資源精細(xì)化調(diào)配水平，從而推進(jìn)石城子灌區(qū)水資源的高效利用。實(shí)現(xiàn)與已建應(yīng)用系統(tǒng)的集成整合，提升與哈密市水利局之間監(jiān)管協(xié)同、業(yè)務(wù)協(xié)同、治理協(xié)同的信息化支撐能力。應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 應(yīng)用系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

（1）水資源管理與調(diào)度系統(tǒng)。水資源管理與調(diào)度系統(tǒng)主要服務(wù)于石城子灌區(qū)水資源管理與配水調(diào)度工作，充分利用已建信息化成果，提供灌區(qū)農(nóng)作物種植情況、水庫(kù)水情、渠道水情、用水戶需水量和實(shí)際配水量等信息的錄入功能，完成水情資料整編、用水量統(tǒng)計(jì)、應(yīng)收水費(fèi)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)石城子灌區(qū)的水情監(jiān)視預(yù)警、水量調(diào)度情勢(shì)分析、計(jì)劃執(zhí)行情況以及用水戶需水、用水和水費(fèi)征收的統(tǒng)計(jì)對(duì)比。

（2）灌區(qū)三維數(shù)字平臺(tái)?；谑亲庸鄥^(qū)三維建模成果，在灌區(qū)三維數(shù)字平臺(tái)中，提供三維地形場(chǎng)景展示，用戶可用不同的視角，立體、直觀、全面地查看石城子范圍內(nèi)地形地貌的分布情況。提供地圖工具箱，用戶可在三維地圖上進(jìn)行裁剪、三維分析、測(cè)量等操作。同時(shí)，基于石城子灌區(qū)工程基礎(chǔ)信息，在三維地圖上實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)、渠首、渠道等建筑物的標(biāo)注，提供電子沙盤功能?；诠鄥^(qū)三維數(shù)字平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水流演進(jìn)及影響范圍分析模擬，為灌區(qū)水資源管理工作提供決策支持。該平臺(tái)包括三維交互展示、三維GIS 分析、三維在線監(jiān)視和三維態(tài)勢(shì)分析功能模塊。

（3）工程信息管理系統(tǒng)。工程信息管理系統(tǒng)主要對(duì)灌區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的工程屬性進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)全灌區(qū)范圍內(nèi)主要水利工程信息的收集、整理、存儲(chǔ)、查詢及更新。重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)灌區(qū)主要干支渠（北干渠、青年渠、團(tuán)結(jié)渠、友誼渠）及干支渠上重要測(cè)點(diǎn)、閘門、水庫(kù)等水利工程信息的管理，方便灌區(qū)管理人員了解灌區(qū)內(nèi)各水利工程的基本情況及運(yùn)行狀況。

（4）移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)。移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)主要服務(wù)于石城子水系各配水節(jié)點(diǎn)水情和巡檢信息的上報(bào)、查詢等工作，實(shí)現(xiàn)人員定位和在崗情況登記功能，同時(shí)為各用水單位提供相關(guān)配水節(jié)點(diǎn)水情信息的查詢功能，為石城子水系日常管理工作提供信息化平臺(tái)。

3 結(jié)語

隨著科技的不斷進(jìn)步，灌區(qū)測(cè)報(bào)系統(tǒng)信息化是未來的趨勢(shì)。本文在分析目前哈密市石城子灌區(qū)已建信息化系統(tǒng)情況及存在的問題的基礎(chǔ)上，對(duì)灌區(qū)信息化測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，提出優(yōu)化系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和優(yōu)化信息化軟件系統(tǒng)的措施，全面提升灌區(qū)現(xiàn)代化管理水平，加速推進(jìn)從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利的歷史性跨越。以中央和自治區(qū)關(guān)于水利工作的精神為指針，立足新時(shí)期灌區(qū)水利工作面臨的新形勢(shì)、新要求，建設(shè)實(shí)用、先進(jìn)的灌區(qū)信息化系統(tǒng)，切實(shí)提升石城子灌區(qū)水情監(jiān)測(cè)預(yù)警能力和水資源精細(xì)化管理水平。