通濟堰灌區(qū)渠首樞紐水資源綜合調(diào)度系統(tǒng)建設

王 鑫，王菁彧

(四川省都江堰水利發(fā)展中心通濟堰管理處，四川 彭山，620860)

1 通濟堰灌區(qū)基本情況

通濟堰是一座具有2000多年歷史的大型引水灌溉工程，渠首樞紐位于成都市新津區(qū)鄧雙鎮(zhèn)，攔截南河、西河來水入渠灌溉農(nóng)田。灌區(qū)面積772.8km2，灌溉成都、眉山兩市的新津區(qū)、彭山區(qū)、東坡區(qū)和青神縣四縣(區(qū))的3.46萬hm2農(nóng)田。并為灌區(qū)的水城新津、天府智能制造產(chǎn)業(yè)園、彭山區(qū)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、岷江現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)和天府新區(qū)青龍片區(qū)、甘眉工業(yè)園區(qū)、眉山高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)等工業(yè)企業(yè)提供生產(chǎn)生活用水。為四川省水上運動學校和成都、眉山市4區(qū)(縣)18個集鎮(zhèn)近80萬人口提供生活、生產(chǎn)及生態(tài)用水。兼顧防洪、發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游等多目標多方位的綜合服務，是四川省及眉山市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎設施之一。

2 水資源綜合調(diào)度系統(tǒng)建設的必要性

承擔工廠、城市生活及環(huán)保供、發(fā)電、防洪等任務的大中型水利樞紐運行的優(yōu)劣不僅影響著灌區(qū)防洪安全，還關(guān)系灌區(qū)社會生產(chǎn)和生活，具有重大的社會影響。如何獲取和利用水情信息，妥善處理各種矛盾，合理進行控制決策，在保證防洪安全的前提下，實現(xiàn)水利樞紐洪水實時調(diào)度，獲得盡可能大的水利樞紐綜合效益，是目前水利樞紐泄洪閘門控制自動化系統(tǒng)亟待解決的重要課題之一。

通濟堰灌區(qū)渠首樞紐已經(jīng)建立了水情測報系統(tǒng)，實現(xiàn)了水情的實時測報，為了更好地發(fā)揮渠首樞紐水資源的調(diào)度作用，更充分地利用水資源，完善灌區(qū)信息化建設，為灌區(qū)配水方案的形成提供智能決策。通過新增水情采集點，用以實時監(jiān)測渠首的水位流量等水情信息，并建立相應的水情通信信息網(wǎng)絡，將水情數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行恼尽Ｍ瑫r，在中心站建立灌區(qū)水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫，通過開發(fā)運用軟件生成灌區(qū)配水方案和渠首水資源調(diào)度決策系統(tǒng)。

3 實現(xiàn)的主要目標

(1)在渠首建立信息調(diào)度分中心，收集渠首管理站所轄各個水情測點的水情信息、所轄各個閘門的閘門控制信息等并進行存儲、顯示。同時，能夠在信息分中心及時監(jiān)測各個水情點和閘門點的信息，并進行管理和分析，實現(xiàn)水資源的調(diào)度自動化。

(2)建設通濟堰渠首分中心的辦公局域網(wǎng)絡，為灌區(qū)辦公的自動化和信息的共享與發(fā)布提供通暢快捷的傳輸體系。

(3)在信息分中心建立通濟堰水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫收集來自各個水情采集站點的水情數(shù)據(jù)，是生成灌區(qū)配水方案和渠首水資源調(diào)度決策的信息基礎。

(4)在水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎上開發(fā)渠首樞紐水資源調(diào)度系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)根據(jù)各個干渠當前以及歷史的水位流量信息以及需水信息，結(jié)合渠首樞紐的水位流量數(shù)據(jù)以及未來的天氣狀況，自動生成配水方案。渠首樞紐水資源調(diào)度智能決策軟件系統(tǒng)為配水方案的形成提供智能決策，并輔助調(diào)度自動化的實施。

4 實施的技術(shù)方案

通濟堰渠首取水樞紐分中心綜合調(diào)度系統(tǒng)從信息流的角度分為三個重要環(huán)節(jié)，即信息傳輸交換、信息存儲管理和信息應用，是典型的分布式系統(tǒng)。內(nèi)容包括系統(tǒng)整體體系結(jié)構(gòu)設計以及針對灌區(qū)實際特點的分布式測控系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)路線。

4.1 分中心局域網(wǎng)絡

目前在局域網(wǎng)絡上應用最廣泛的技術(shù)有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI、Token Ring、ATM(異步傳輸模式)以及千兆以太網(wǎng)等。在這些技術(shù)中，千兆以太網(wǎng)以其在局域網(wǎng)領(lǐng)域中支持高寬帶、多傳輸介質(zhì)、多種服務、保證QOS等特點正逐漸占據(jù)主流位置。

在通濟堰渠首取水樞紐分中心計算機網(wǎng)絡的建設中，主干網(wǎng)選擇何種網(wǎng)絡技術(shù)對網(wǎng)絡建設的成功與否起著決定性作用。選擇適合計算機網(wǎng)絡要求特點的主流網(wǎng)絡技術(shù)，不但能保證網(wǎng)絡的高性能，還能保證網(wǎng)絡的先進性和擴展性，能夠在未來向更新技術(shù)平穩(wěn)過渡，保護用戶的投資。主干網(wǎng)采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，接入采用快速以太網(wǎng)技術(shù)。同時，由于水情信息傳輸目前大部分均采用無線方式，因此，分中心網(wǎng)絡建設中，獲取水情信息方式要與目前已有的信息點的傳輸方式相對應，預置無線網(wǎng)絡接口。

4.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

4.2.1 數(shù)據(jù)庫的特點

水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設計是水資源調(diào)度自動化系統(tǒng)建設的關(guān)鍵，水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫也是極其復雜的。首先，水資源數(shù)據(jù)是多維的。例如，對于每一個水情監(jiān)測數(shù)據(jù)，它都有個時間戳，記錄了數(shù)據(jù)采集的時間。同時，每個數(shù)據(jù)還有個地理戳，記錄了數(shù)據(jù)采集的具體位置。這樣時間維、空間維和各個主題域(水情狀況)一起構(gòu)成了水情多維數(shù)據(jù)。位置上又精確到了分鐘(采樣時間、采樣時分)，在取樣位置上又精確到了測點(測站、斷面、側(cè)線、測點)，數(shù)據(jù)量極其龐大，因此在水資源調(diào)度系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的設計與實現(xiàn)是重要的任務之一。

4.2.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設計

(1)數(shù)據(jù)庫接口

①應用程序接口：ADO(或者ODBC)，編寫公用模塊；

②分布數(shù)據(jù)庫接口：采用Oracle數(shù)據(jù)庫遠程連接(基于VPN)。

(2)水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫設計充分考慮了水情數(shù)據(jù)特點并設計了水情存儲、統(tǒng)計結(jié)合的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)方式。在保障原始數(shù)據(jù)完整情況下，對水情數(shù)據(jù)實現(xiàn)按小時、天、旬、月、年統(tǒng)計存儲的方式，以便完成水文資料整編以及快速完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，大大加快了系統(tǒng)運行速度。

4.3 分中心調(diào)度軟件系統(tǒng)

分中心調(diào)度軟件系統(tǒng)采用微軟最新開發(fā)工具(Silver light(2.0)、Asp.Net(2008))+ESRI的主件進行開發(fā)。使用Silver light最好的方式之一是打破以往使用Web瀏覽刷新頁面問題及地圖更新顯示問題，大大提高了用戶瀏覽時間，瀏覽通暢，給用戶操作帶來很大的方便。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為四大板塊：

(1)系統(tǒng)簡介：主要介紹通濟堰水利發(fā)展史、水利結(jié)構(gòu)等相關(guān)信息。

(2)地圖顯示：包括地圖編輯、圖層管理、標簽管理、緩沖分析、地圖搜索。

(3)水情信息：主要是針對水進行管理，包括水情、雨情。具體而言就是實現(xiàn)站點管理、最新水雨墑情、水雨墑情歷史查詢、水位流量曲線管理等功能。

(4)系統(tǒng)維護：目的是要保證信息系統(tǒng)正常而可靠地運行，并能使系統(tǒng)不斷得到改善和提高，以充分發(fā)揮作用。系統(tǒng)維護的任務就是要有計劃、有組織地對系統(tǒng)進行必要的改動，以保證系統(tǒng)中的各個要素隨著環(huán)境的變化始終處于最新的、正確的工作狀態(tài)。

每個版塊進行獨立的管理，使系統(tǒng)更清晰化，更人性化。

5 取得的主要成果

(1)在渠首建立信息調(diào)度分中心，收集渠首管理站所轄各個水情測點的水情信息、所轄各個閘門的閘門控制信息等并進行存儲、顯示。同時，能夠在信息分中心及時監(jiān)測各個水情點和閘門點的信息，并進行管理和分析，實現(xiàn)水資源的調(diào)度自動化。

①開發(fā)完成數(shù)據(jù)采集軟件：系統(tǒng)使用分布式服務器結(jié)構(gòu)，支持各種異構(gòu)數(shù)據(jù)，如閘位、水情數(shù)據(jù)等，并且可以和其他相關(guān)部門進行數(shù)據(jù)共享。采集軟件使用圖形界面，具有進行手動招測、數(shù)據(jù)自動接收、整理，水位流量關(guān)系曲線管理等功能。

②開發(fā)完成現(xiàn)地/遠程閘門監(jiān)控軟件：現(xiàn)地控制使用PLC進行，遠程使用組態(tài)軟件進行閘群聯(lián)合管理。使用以太網(wǎng)組網(wǎng)方式，將現(xiàn)地閘門控制和遠程閘門控制連為一體。閘門監(jiān)控達到實時(延遲響應為200毫秒左右)。

③開發(fā)完成一體化WEB信息系統(tǒng)軟件：將水情、視頻、閘門控制系統(tǒng)等所有數(shù)據(jù)和操作統(tǒng)一在一個WEB環(huán)境中進行，使得管理處等不同層面、物理位置均可訪問及管理(不同的用戶具有不同的控制權(quán)限)。

(2)建設通濟堰渠首分中心的辦公局域網(wǎng)絡，為灌區(qū)辦公的自動化和信息的共享與發(fā)布提供通暢快捷的傳輸體系。

(3)在信息分中心建立通濟堰水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫，此數(shù)據(jù)庫收集了來自各個水情采集站點的水情數(shù)據(jù)，是生成灌區(qū)配水方案和渠首水資源調(diào)度決策的信息基礎(設備信息表、實時水情數(shù)據(jù)表、歷史水情數(shù)據(jù)表、歷史評價水情數(shù)據(jù)表)。

(4)在水情信息關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基礎上開發(fā)渠首樞紐水資源調(diào)度系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)根據(jù)各個干渠當前以及歷史的水位流量信息以及需水信息，結(jié)合渠首樞紐的水位流量數(shù)據(jù)以及未來的天氣狀況，自動生成配水方案。渠首樞紐水資源調(diào)度智能決策軟件系統(tǒng)為配水方案的形成提供智能決策，并輔助調(diào)度自動化的實施。

圖1 通濟堰水資源調(diào)度系統(tǒng)管理

圖2 水資源調(diào)度系統(tǒng)管理地圖編輯

水資源調(diào)度系統(tǒng)方案根據(jù)每個站點歷史數(shù)據(jù)制定系統(tǒng)調(diào)度方案，當數(shù)據(jù)到達相關(guān)要求后自動調(diào)用相關(guān)調(diào)度方案。

6 結(jié)語

通濟堰渠首取水樞紐分中心水資源綜合調(diào)度系統(tǒng)通過實時獲取通濟堰重點水情點的水情信息，累積相關(guān)信息，通過對這些信息進行有效地管理與分析來完成通濟堰灌區(qū)整個水資源的自動化調(diào)度，從而實現(xiàn)水資源更為有效地利用，提高灌區(qū)的工作效率，也提高各方面的效益。