邢宇良

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

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富錦市錦西灌區(qū)自動化建設(shè)

邢宇良

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080)

錦西灌區(qū)作為一個新建的大型灌區(qū)，能為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)揮巨大的作用，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益和社會效益。灌區(qū)工程在節(jié)水灌溉的同時，還應在管理上由粗放管理向精細管理轉(zhuǎn)變。灌區(qū)需要實現(xiàn)流量計量、水量調(diào)度、閘門控制、泵站控制、工程運行管理等數(shù)據(jù)的自動化獲??；建設(shè)完整的干、支渠量水設(shè)施和閘門、泵站控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。通過智能化調(diào)度，解決在灌溉過程中出現(xiàn)的內(nèi)澇問題。通過增加非工程手段，建設(shè)監(jiān)測準確、調(diào)度及時的自動化測控系統(tǒng)，促進全灌區(qū)的節(jié)水綜合效能，滿足灌區(qū)現(xiàn)代發(fā)展的需求。

灌區(qū)；預測；水利信息化；自動化；水量調(diào)度；監(jiān)測系統(tǒng)

0 引 言

隨著國內(nèi)灌區(qū)水利信息化建設(shè)的迅速發(fā)展，各類應用于灌區(qū)水利信息化建設(shè)的技術(shù)產(chǎn)品在穩(wěn)定性和可靠性上都得到了很好的檢驗，水利工作者們也在水利信息化項目的運行管理中總結(jié)得出了豐富的經(jīng)驗；同時在國內(nèi)也形成了一個穩(wěn)定成熟的水利信息化產(chǎn)品市場，出現(xiàn)了一批技術(shù)性、專業(yè)性強的企業(yè)。這樣就為錦西灌區(qū)水利信息化的建設(shè)提供了一個很好的技術(shù)服務環(huán)境，灌區(qū)信息化建設(shè)能夠得到很好的技術(shù)支持。

1 概 述

錦西灌區(qū)作為一個新建的大型灌區(qū)，能為區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)揮巨大的作用，創(chuàng)造較大的經(jīng)濟效益和社會效益。灌區(qū)工程在節(jié)水灌溉的同時，還應在管理上由粗放管理向精細管理轉(zhuǎn)變，通過增加非工程手段，建設(shè)監(jiān)測準確、調(diào)度及時的自動化測控系統(tǒng)，促進全灌區(qū)的節(jié)水綜合效能，滿足灌區(qū)現(xiàn)代發(fā)展的需求。

灌區(qū)需要實現(xiàn)流量計量、水量調(diào)度、閘門控制、泵站控制、工程運行管理等數(shù)據(jù)的自動化獲??；建設(shè)完整的干、支渠量水設(shè)施和閘門、泵站控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。通過智能化調(diào)度，解決在灌溉過程中出現(xiàn)的內(nèi)澇問題。

為提高量水觀測報送的實時性和遠程工程控制要求，需要建立以灌溉管理為核心的灌區(qū)灌溉管理信息系統(tǒng)，對閘門基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、泵站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、運行數(shù)據(jù)和過流量、水位等數(shù)據(jù)進行存儲和管理，使原始觀測記錄、歷史文檔等資料得到妥善保護，便于查詢、分析，使灌區(qū)管理的職能作用得到充分發(fā)揮。通過信息自動化建設(shè)促進管理效率提高和規(guī)范化。

錦西灌區(qū)渠系自動化建設(shè)以節(jié)約灌溉用水量、提高灌區(qū)管理水平、降低灌區(qū)運行成本、保障灌區(qū)生產(chǎn)安全為總體目標。灌區(qū)信息自動化工程通過對各類水情、工情的自動采集、實時傳輸、在線分析、建立科學的用水調(diào)度管理模式，為科學灌溉，合理用水、節(jié)約用水提供依據(jù)，為錦西灌區(qū)渠系供水調(diào)度和防汛抗旱提供有力的技術(shù)支持和科學依據(jù)，全面實現(xiàn)錦西灌區(qū)渠系“信息采集的自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、存儲數(shù)字化、決策科學化”。同時，也通過合理調(diào)水管理，減少因排水不暢出現(xiàn)的澇災發(fā)生[1]。

2 渠系自動化系統(tǒng)建設(shè)任務

錦西灌區(qū)渠等自動化系統(tǒng)具體建設(shè)任務包括：建設(shè)應用系統(tǒng)、水平調(diào)度模型研發(fā)、建設(shè)應用支撐平臺、建設(shè)三維仿真系統(tǒng)、建設(shè)自動化監(jiān)測系統(tǒng)、建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和建設(shè)系統(tǒng)運行實付環(huán)境。

2.1 建設(shè)應用系統(tǒng)

1)門戶系統(tǒng)：

實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)整合展現(xiàn)以及資源、服務及應用的統(tǒng)一管理以及灌區(qū)對外的日常辦公、在線審批、信息發(fā)布等功能。

2)綜合監(jiān)視與告警系統(tǒng)：

實現(xiàn)灌區(qū)整體自動化運行監(jiān)控，提供灌區(qū)所有雨量、水位、流量、水溫等各類測站的實時監(jiān)視，結(jié)合GIS分布展示、時序觀測過程圖表展示，提供各類觀測參數(shù)的告警閥值設(shè)置及超警信息發(fā)布等功能。

3)配水調(diào)度管理系統(tǒng)：

實現(xiàn)灌區(qū)各級渠系的水量調(diào)度管理，提供水量調(diào)度日常業(yè)務處理、配水計劃管理、實時調(diào)度推演、水量統(tǒng)計等功能，在提高作物產(chǎn)量的同時提高用水效率，減少尾水排放。

4)調(diào)度控制系統(tǒng)：

實現(xiàn)灌區(qū)實時調(diào)度控制，提供調(diào)度預案管理、調(diào)度指令生成、調(diào)度指令發(fā)布、實時調(diào)度作業(yè)跟蹤等功能，實現(xiàn)“預測-調(diào)控-反饋”相結(jié)合的渠系灌溉自動化控制[2]。

5)水費征收管理系統(tǒng)：

實現(xiàn)灌區(qū)供水水費統(tǒng)計，提供水價管理、用水戶管理、水權(quán)證審批、水權(quán)轉(zhuǎn)換、水費計算、水費統(tǒng)計、供水效益分析等功能。

6)工程安全監(jiān)測管理系統(tǒng)。

7)綜合信息管理系統(tǒng)：

實現(xiàn)灌區(qū)信息化相關(guān)的各類數(shù)據(jù)資源統(tǒng)計管理，提供灌區(qū)基本信息、工程信息、水情信息、防汛信息、氣象信息、水費信息、組織機構(gòu)信息、法律法規(guī)信息等的管理維護及查詢統(tǒng)計。

8)移動辦公應用

提供灌區(qū)綜合監(jiān)視告警應用、灌區(qū)綜合信息查詢應用、灌區(qū)水費收繳助手應用、灌區(qū)調(diào)度管理應用等系列移動應用軟件，方便灌區(qū)各級用戶日常辦公處理。

2.2 水量調(diào)度模型研發(fā)

根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)代信息化建設(shè)情況，構(gòu)建基于系統(tǒng)自動化控制的先進調(diào)水配水模型，分別從灌區(qū)來水需水預測，水資源優(yōu)化配置，渠系輸配水實施調(diào)度，閘泵實時預測控制及灌區(qū)尾水控制和排澇等方面構(gòu)建模型，全方位支撐灌區(qū)輸配水及控制系統(tǒng)。

2.3 建設(shè)應用支撐平臺

2.3.1 數(shù)據(jù)資源建設(shè)

完成灌區(qū)綜合數(shù)據(jù)庫設(shè)計建庫以及灌區(qū)相關(guān)的各類基礎(chǔ)信息、資料信息、工程信息、防汛信息等的電子化工作以及空間數(shù)據(jù)制作。

2.3.2 數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)

實現(xiàn)錦西灌區(qū)范圍內(nèi)本次建設(shè)的各類監(jiān)測站點及已有監(jiān)測站點的自動、人工觀測數(shù)據(jù)匯集管理。

2.3.3 數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)

提供錦西灌區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務、專題數(shù)據(jù)服務、GIS服務以及對內(nèi)對外的數(shù)據(jù)交換服務。

2.3.4 統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)

建立統(tǒng)一的用戶管理，實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)的“一庫”管理，并能對業(yè)務系統(tǒng)所有用戶進行統(tǒng)一監(jiān)控。

2.4 建設(shè)三維仿真系統(tǒng)

2.4.1 三維場景建模及數(shù)據(jù)處理

完成灌區(qū)相關(guān)河系的水下地形模型、灌區(qū)全景模型、主要渠系模型、重點工程建筑物模型等場景建模制作，并進行三維建模所需的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)以及水下地形地質(zhì)數(shù)據(jù)的采購及處理[3]。

2.4.2 三維可視化系統(tǒng)

基于三維可視化技術(shù)實現(xiàn)錦西灌區(qū)相關(guān)河段水下、灌區(qū)全景以及重點工程建筑物的仿真模擬。

2.4.3 水量調(diào)度模擬系統(tǒng)

利用三維仿真功能，實現(xiàn)灌區(qū)水量調(diào)度方案的動態(tài)調(diào)度模擬，為水量調(diào)度綜合會商決策提供全面、系統(tǒng)、可視化的信息支撐。

2.5 建設(shè)自動化監(jiān)測系統(tǒng)

完成包括1個調(diào)度中心(渠首)、4個分中心、7個泵站、21個閘站以及雨量、水位、水溫、水質(zhì)、閘位、圖像以及渠首、總干渠的建筑物工程安全監(jiān)測項目的自動化系統(tǒng)建設(shè)。

2.6 建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

建立覆蓋錦西灌區(qū)渠首中心以及4個分中心及7個泵站的計算機廣域網(wǎng)絡(luò)以及相應的計算機局域網(wǎng)；建立計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理體系。

2.7 建設(shè)系統(tǒng)運行實體環(huán)境

建設(shè)滿足灌區(qū)管理中心、4個分中心和7個泵站管理處的調(diào)度、控制、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、通信及相關(guān)機房等對環(huán)境需求的集成體。包括系統(tǒng)軟硬件運行環(huán)境、業(yè)務人員的工作環(huán)境、綜合會商環(huán)境及兩級管理機構(gòu)的相關(guān)機房環(huán)境。

錦西灌區(qū)渠系自動化系統(tǒng)建設(shè)的最終目的是為了實現(xiàn)灌區(qū)自動化管理，灌區(qū)管理局及其下屬單位是其最終用戶。系統(tǒng)建設(shè)的最終目標是在系統(tǒng)提供的數(shù)字集成平臺和虛擬環(huán)境下，解決、處理和決策水調(diào)、工程管理、行政管理等問題。因此，系統(tǒng)建設(shè)應以人為本，方便各級人員的使用，協(xié)助各項工作的開展。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，由上到下分為終端層、接入層、展現(xiàn)層、業(yè)務實現(xiàn)層、數(shù)據(jù)資源管理層、計算機網(wǎng)絡(luò)層、信息采集層等七個層次組成。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)展示是從用戶的視角展現(xiàn)了灌區(qū)渠系自動化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，圖中給出了信息采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進入系統(tǒng)的路徑，描繪了各種不同的用戶使用終端等設(shè)備，通過不同的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)訪問不同的業(yè)務應用，實現(xiàn)不同的作業(yè)過程，同時也描繪了應用支撐平臺、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施是如何為各個業(yè)務應用提供支撐的[4-6]。

[1]任巖,王金龍.石頭河灌區(qū)灌溉工程自動化控制系統(tǒng)綜評[J].黑龍江水利科技，2009(01)：101-103.

[2]李靖,梁嵐珍,鄒蓉.高性能低功耗智能流速流量儀系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國農(nóng)村水利水電，2009(07)：96-98.

[3]宮運青,孟玲.提高水庫灌區(qū)供水調(diào)度水平的重要性[J].中小企業(yè)管理與科技：上旬刊，2009(09)：24-26.

[4]王紅雨,周斌.小型U形渠道標準斷面量水的簡化方法[J].中國農(nóng)村水利水電，2009(10)：89-90.

[5]王驥,周文靜,沈玉利.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)水灌溉系統(tǒng)設(shè)計[J].中山大學學報：自然科學版，2008(S1)：54-55.

[6]張承明,梁勇,林祥國,馬明文.水庫灌區(qū)自動化調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)的應用研究[J].山東農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2007(04)：26-28.

TP315

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1007-7596(2016)08-0080-04

2016-07-21

史俊杰(1981-)，男，河南新鄉(xiāng)人，工程師，從事巖土工程研究工作。