寧夏固海揚水工程泵站信息化建設(shè)實踐與思考

陶 東，張 印，田志存，許 軍

（寧夏固海揚水管理處，寧夏 中寧 755100）

寧夏固海揚水工程是寧夏建設(shè)最早、規(guī)模最大的公益性生態(tài)扶貧揚黃灌溉工程。工程分為固海、同心和固擴三路灌溉系統(tǒng)，目前工程投運泵站30 座、水庫1 座與變電所22所，工程設(shè)計總流量41.2m3/s，安裝主機組201 臺（套），總裝機容量達20.38 萬千瓦。建設(shè)干渠、支干渠共39 條，總長464 公里，各類水工建筑物1459 座。工程年平均運行180天左右。固海灌區(qū)涉及吳忠市同心縣、紅寺堡開發(fā)區(qū)、中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)、中寧縣、海原縣、固原市原州區(qū)、國營長山頭機械化農(nóng)場和中衛(wèi)市羊場等3 市6 縣（區(qū)）2 場共16 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。年平均引水量4.61 億立方米，供水量4.0 億立方米，灌溉面積170.64 萬畝，屬國家大（2）型電力提灌工程。固海揚水工程為寧夏中部干旱帶群眾脫貧致富、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善及維護民族團結(jié)、促進社會發(fā)展起到了巨大的作用。

近年來寧夏固海揚水工程實施泵站信息化建設(shè)改造，按照水利“十三五信息化建設(shè)”的總體規(guī)劃，實施“互聯(lián)網(wǎng)+梯級揚水泵站”自動化信息化的建設(shè)思路，依托寧夏回族自治區(qū)政府電子政務(wù)公網(wǎng)和政府數(shù)據(jù)云平臺的公共資源，實現(xiàn)了33 基層站（所）、固海揚水管理處灌溉調(diào)度中心和水利云數(shù)據(jù)交換中心的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。管理處先后完成了“固海揚水工程泵站站級自動化系統(tǒng)建設(shè)”“固海揚水工程調(diào)度中心綜合業(yè)務(wù)信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)”“固海干渠測控一體化建設(shè)”等項目，達到了固海揚水工程業(yè)務(wù)管理信息化的全覆蓋，推動了固海揚水工程泵站自動化控制和工程運行管理的數(shù)字化、信息化發(fā)展。

1 固海揚水工程泵站信息化建設(shè)主要內(nèi)容

固海揚水工程泵站自動化信息化的主要建設(shè)內(nèi)容為固海揚水工程泵站站級自動化建設(shè)、固海干渠全渠系測控一體化建設(shè)以及固海揚水工程調(diào)度中心綜合業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)了固海揚水工程全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的精準采集感知、快速傳輸、集中存儲、統(tǒng)一處理、實時共享。主要建設(shè)內(nèi)容為：

1.1 建立工程立體感知體系，實現(xiàn)業(yè)務(wù)源數(shù)據(jù)精準采集

固海揚水工程泵站自動化建設(shè)以大型泵站更新改造已建的固海系統(tǒng)和同心系統(tǒng)的16 座泵站站級自動化測控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對泵站的水文、流量、電氣運行數(shù)據(jù)、故障報警等信息進行數(shù)據(jù)采集，傳輸?shù)奖镜刈詣踊O(jiān)控系統(tǒng)并同步到水利云平臺上，為機組的穩(wěn)定可靠運行提供了數(shù)據(jù)支持。同時，固海揚水工程2018 年13 座中型水閘、124 處干渠直開口、20 處小高抽泵站、14 處閘閥等自動化測控項目的先后建成，完成了固海工程70%灌溉區(qū)域的灌溉自動化測控，分布在現(xiàn)場的監(jiān)測設(shè)備將系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)及時、準確地傳輸?shù)奖镜乇O(jiān)控系統(tǒng)和水利云平臺上，告別了傳統(tǒng)人工記錄、人工計算的工作方式，提高了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的及時性和準確性。通過大數(shù)據(jù)分析，利用灌溉調(diào)度優(yōu)化配水方案，再結(jié)合泵站遠程調(diào)水自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了系統(tǒng)自動運行，有效實現(xiàn)了灌溉周期灌溉任務(wù)。

1.2 依托寧夏電子政務(wù)公網(wǎng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)快速安全可靠傳輸

固海揚水管理處在電子政務(wù)公網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用MPLS VPN 和VLAN 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立語音通訊、視頻傳輸、自動化遠程監(jiān)控和信息化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸4 個數(shù)據(jù)傳輸虛擬通道，將基層泵站機組設(shè)備各類自動化監(jiān)控數(shù)據(jù)、干渠水情運行數(shù)據(jù)、灌區(qū)視頻監(jiān)視數(shù)據(jù)等及時、準確地傳輸?shù)綄?yīng)的應(yīng)用平臺上，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)募磿r性、安全性。具體實現(xiàn)方法如下：（1）將各部門辦公系統(tǒng)劃分為不同的VPN 通道，使各部門辦公系統(tǒng)共享同一物理網(wǎng)絡(luò)且避免相互干擾；（2）局域網(wǎng)（每個站所）內(nèi)劃分子網(wǎng)，在對應(yīng)的交換機、路由器上建立VLAN（虛擬局域網(wǎng)），實現(xiàn)通信的物理隔離，方便管理和提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。（圖1）

圖1 網(wǎng)絡(luò)傳輸拓撲結(jié)構(gòu)圖

1.3 水利云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲、統(tǒng)一處理與安全共享

隨著水利信息化的快速發(fā)展，分散存儲數(shù)據(jù)的共享交換越來越頻繁。同時，水利數(shù)據(jù)涉及范圍廣、種類多、共享難度大。依托寧夏電子政務(wù)信息網(wǎng)，固海泵站以綜合專業(yè)數(shù)據(jù)庫與信息監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用消息中間件，構(gòu)建了水利數(shù)據(jù)共享交換的混合云存儲方案，實現(xiàn)了各類水利數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)文件之間的共享交換。改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分散存儲的模式，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的集中存儲、統(tǒng)一處理與數(shù)據(jù)安全共享。

1.4 實現(xiàn)全業(yè)務(wù)模塊個性化平臺定制管理，提高業(yè)務(wù)人員工作效率

依托水利云平臺數(shù)據(jù)存儲和處理，結(jié)合電子政務(wù)公網(wǎng)，建成了涵蓋泵站調(diào)度管理、服務(wù)管理、工程管理、機電管理、安全管理、物資管理、水政管理、灌區(qū)“一張圖”和移動客戶端APP 應(yīng)用的固海揚水綜合業(yè)務(wù)管理等功能的應(yīng)用系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了管理處各生產(chǎn)科室、各部門、各單位信息資源共享、協(xié)同辦公。全面推動泵站工程管理從傳統(tǒng)的人工工作模式向數(shù)據(jù)自動匯總分析推送模式的轉(zhuǎn)變，進而達到了從用水計劃到配置供水給用戶過程的全自動化管控，全程信息化管理和科學(xué)輔助決策，達到了節(jié)約水資源的管理目標。（圖2）

2 提高了工程運行科學(xué)化管理水平

2.1 系統(tǒng)功能不斷豐富，應(yīng)用范圍不斷拓展

自2010 年開始實施固海泵站綜合自動化建設(shè)，截止2019 年固海調(diào)度中心及其業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)建成運行，在近9年的信息化發(fā)展建設(shè)歷程中，固海揚水泵站信息化應(yīng)用達到了從機電運行管理到灌溉、工程、物資和安全的全方位管理，系統(tǒng)應(yīng)用功能不斷豐富，應(yīng)用范圍不斷拓展，實現(xiàn)了從泵站到灌區(qū)、從單站監(jiān)控到泵站梯級調(diào)度的全區(qū)域信息化監(jiān)控管理，基本形成了以調(diào)度中心為核心，以基層站所為骨干的信息化管理模式，滿足管理處日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)辦理的全程網(wǎng)絡(luò)化。

2.2 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析不斷深入，管理效益凸顯

通過電子政務(wù)公網(wǎng)和云平臺，固海揚水工程建成了以管理處調(diào)度中心為核心，涵蓋固海揚水工程利用自動化的數(shù)據(jù)實時采集、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、渠系優(yōu)化配水等功能，基本實現(xiàn)固海揚水生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全方位監(jiān)視和控制，揚水生產(chǎn)的全過程信息化、泵站管理數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化管理，完成從水資源調(diào)度到泵站監(jiān)控的自動化管控，提高設(shè)備運行效率，降低泵站能耗。

2.3 創(chuàng)新管理模式，助推工程運行管理改革

固海揚水工程利用固海系統(tǒng)和同心系統(tǒng)對16 座泵站生產(chǎn)業(yè)務(wù)的全方位監(jiān)視和控制進行“數(shù)字化信息化”運行管理模式的探究，截止2019 年9 月已全部完成從調(diào)度中心進行泵站機組的全自動化優(yōu)化調(diào)水、閘門動態(tài)流量分水運行等一系列遠程化操作調(diào)試。目前固海系統(tǒng)16 座泵站、13 座中型水閘、124 處干渠直開口、20 處小高抽自動測控、14 處閘閥自動測控功能完備可靠，在初步實現(xiàn)泵站“無人值班少人值守”的運行管理方式上邁出一大步，將為固海揚水工程現(xiàn)代化的運行管理提供新的管理方式。

3 固海揚水工程信息化發(fā)展的新期待

3.1 加大信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的深度和廣度

圖2 固海揚水綜合業(yè)務(wù)管理應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

根據(jù)固海、同心系統(tǒng)自動化信息化建設(shè)成功經(jīng)驗，深刻領(lǐng)會到統(tǒng)一標準體系、軟硬件并舉、合理配置功能、加強系統(tǒng)集成、構(gòu)建灌區(qū)信息資源共享等體系建設(shè)是信息化成功的保證。管理處在后續(xù)固擴系統(tǒng)自動化信息化的建設(shè)過程中，將運用已建工程中成熟的管理經(jīng)驗和建設(shè)團隊，打造更加適應(yīng)業(yè)務(wù)需求的固擴工程信息化，突出泵站運行智能化，完善優(yōu)化決策和控制等功能，進一步提升泵站自動化與信息化建設(shè)的深度和廣度。

3.2 加快現(xiàn)有設(shè)施的升級改造，提升監(jiān)測控制水平，保障工程安全運行

根據(jù)已建系統(tǒng)運行經(jīng)驗，泵站工程信息化雖已基本滿足目前的業(yè)務(wù)需求，但是在建設(shè)的過程中發(fā)現(xiàn)還有許多方面需要在原有的基礎(chǔ)上進行建設(shè)、升級。特別需要提升泵站機組故障監(jiān)測、診斷與預(yù)警水平，保障工程安全運行，更好地為灌區(qū)經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。水利信息化永遠在路上，只有通過不斷地建設(shè)、改造與升級，才可以使大數(shù)據(jù)技術(shù)、計算機技術(shù)、和以調(diào)水配水建模等為主的信息化技術(shù)的應(yīng)用范圍更加廣闊，才可以從根本上提高工程運行效率，構(gòu)建現(xiàn)代化水利工程管理模式，真正推動水利工程的創(chuàng)新發(fā)展與技術(shù)的進步。

3.3 提升工程“數(shù)字化信息化”管理水平

泵站自動化監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)備不斷升級，監(jiān)測數(shù)據(jù)越來越精細化，立體感知體系不斷建設(shè)提升，利用大數(shù)據(jù)與灌溉模型智能分析與預(yù)判，真正實現(xiàn)灌區(qū)配水全自動化智能運行，達到工程運行效率更高、效益更好、安全性更高，最終形成“無人值守，少人值班”的成熟、完善的灌溉運行模式。不斷提高生產(chǎn)效率，不斷提升人民群眾的生產(chǎn)生活水平，促進社會的和諧穩(wěn)定發(fā)展。

3.4 建立成熟的信息安全管理機制

信息安全管理機制及等級保護是數(shù)字化、信息化發(fā)展中的必要環(huán)節(jié)，隨著工程監(jiān)測數(shù)據(jù)量的不斷增加，遠程控制、優(yōu)化配水調(diào)度等功能的不斷實現(xiàn)，必須提升信息安全機制及系統(tǒng)保護等級，為數(shù)據(jù)與系統(tǒng)管理提供一個可靠安全的運行環(huán)境。因此，在后續(xù)信息化建設(shè)與改造中，必須把防止黑客入侵、數(shù)據(jù)容錯修正校核與完善信息安全管理機制作為建設(shè)重點。只有建立完善的信息安全體系，才能保證現(xiàn)有信息化的建設(shè)成果，同時促進“數(shù)字化信息化”灌溉調(diào)度運行平臺的快速成長。

4 結(jié)束語

固海揚水工程泵站信息化、自動化的建設(shè)和應(yīng)用，為水利信息化的資源共享和社會化服務(wù)提供了新的途徑，大力實施“智慧水利”建設(shè)，以水利信息化創(chuàng)新驅(qū)動水利現(xiàn)代化為實踐方向，提高全員對泵站自動化、信息化建設(shè)應(yīng)用的認識，注重水利自動化、信息化業(yè)務(wù)培訓(xùn)和提升管理能力、水利信息業(yè)務(wù)全方位應(yīng)用。以信息化改造傳統(tǒng)水利管理，創(chuàng)新泵站工程運行管理方式，進一步提高泵站自動化、信息化應(yīng)用管理的專業(yè)化水平，全面提升泵站工程整體管理水平，推動揚水工程管理由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)型升級，為推進節(jié)水型社會和節(jié)水型生態(tài)灌區(qū)建設(shè)提供可靠的技術(shù)支撐，實現(xiàn)揚水工程的可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。