劉廣東，魏加森，張 娟，孔慶陽(yáng)

(1.連云港市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 連云港 222006；2.連云港市金河水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，江蘇 連云港 222000；3.連云港市東?？h水務(wù)局，江蘇 連云港 222300)

1 灌區(qū)概況

沭新渠灌區(qū)位于連云港市東海縣東南部，總土地面積70.7萬(wàn)畝，總耕地面積47.8萬(wàn)畝，實(shí)際灌溉面積46.35萬(wàn)畝[1]。灌區(qū)從1959年開(kāi)始修建灌排工程，至1989年大型灌區(qū)基本建成。灌區(qū)現(xiàn)有干渠渠首26座；干渠26條，總長(zhǎng)120km；支渠124條，總長(zhǎng)290km；排水大溝33條，長(zhǎng)88.5km；中溝124條，長(zhǎng)290km；涵洞137座，各類閘672座，渡槽98座。截至2017年年底，灌區(qū)實(shí)施了6期續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，累計(jì)投資17672萬(wàn)元，實(shí)施了渠道護(hù)砌59.8km，溝渠疏浚129.65km，改建泵站68座、渠首128座、涵閘39座等內(nèi)容。

2 沭新渠灌區(qū)信息化建設(shè)總體規(guī)劃

2.1 灌區(qū)信息化建設(shè)的指導(dǎo)思想

“十三五”是高水平全面建成小康社會(huì)，努力建設(shè)“經(jīng)濟(jì)強(qiáng)、百姓富、環(huán)境美、社會(huì)文明程度高的新江蘇”的重要時(shí)期，也是全面深化水利改革、著力強(qiáng)化生態(tài)文明發(fā)展、持續(xù)推進(jìn)水利現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期[2]。根據(jù)《江蘇省水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》工作部署，到2020年，我省基本實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，互聯(lián)互通，廣泛共享，深度融合”為特征的“智慧水利”綜合體系[3]，促進(jìn)江蘇省在全國(guó)范圍內(nèi)率先基本實(shí)現(xiàn)水利現(xiàn)代化，提高江蘇省在全國(guó)水利信息化的領(lǐng)先程度。

2.2 灌區(qū)信息化建設(shè)的目標(biāo)

根據(jù)《江蘇省大型灌區(qū)續(xù)改建實(shí)施方案信息化部分相關(guān)技術(shù)要求》，沭新渠灌區(qū)主要對(duì)可視化集中展示子系統(tǒng)、灌區(qū)一張圖子系統(tǒng)進(jìn)行了建設(shè)，如圖1所示。沭新渠灌區(qū)信息化系統(tǒng)以能夠?qū)崿F(xiàn)渠首閘門(mén)調(diào)度自動(dòng)化控制[4]、渠首視頻監(jiān)控、渠首和泵站水位流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)測(cè)算，滿足“無(wú)人值班、少人值守”的要求，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享和圖像遠(yuǎn)傳瀏覽的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)天-地-水一體化的信息自動(dòng)采集和自主感知[5]。建設(shè)完成的沭新渠灌區(qū)自動(dòng)化與GIS系統(tǒng)[6]，可提高灌區(qū)現(xiàn)代化水平，改善沭新渠灌區(qū)的水利條件，保證灌區(qū)灌溉工程安全正常運(yùn)行，提高水源保證率，節(jié)約用水，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)抗御水旱災(zāi)害的能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)提高灌區(qū)水利工程的管理水平，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理的現(xiàn)代化[7]。

3 沭新渠灌區(qū)信息化建設(shè)主要內(nèi)容

3.1 灌區(qū)信息化基礎(chǔ)工程建設(shè)

3.1.1信息采集點(diǎn)建設(shè)

信息采集點(diǎn)建設(shè)主要是通過(guò)涵、閘、站、渠道等建筑物進(jìn)行信息化改造，以監(jiān)測(cè)其運(yùn)行情況，同時(shí)設(shè)立土壤氣象站來(lái)采集水雨情和土壤氣象等信息[8]，主要包括以下幾個(gè)方面。

圖1 沭新渠灌區(qū)信息化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(1)渠首有線監(jiān)測(cè)及控制系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)閘門(mén)啟閉頻率較高及同時(shí)具備通電通網(wǎng)條件的渠首進(jìn)行改造，包括通信網(wǎng)絡(luò)接入、電力線路架設(shè)、監(jiān)測(cè)及控制設(shè)備的配套，實(shí)現(xiàn)上下游水位監(jiān)測(cè)、閘門(mén)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、視屏監(jiān)控、閘門(mén)遠(yuǎn)程控制等功能。

(2)渠首無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：對(duì)于通電通網(wǎng)難度較大的渠首，增設(shè)水位流量等監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)上下游水位監(jiān)測(cè)、閘門(mén)運(yùn)行監(jiān)測(cè)等功能。

(3)泵站無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：泵站無(wú)線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)集監(jiān)測(cè)、信息統(tǒng)計(jì)和管理于一體，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，通過(guò)泵站出水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)與計(jì)量功能，實(shí)現(xiàn)泵站監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)人值班、少人值守的功能。系統(tǒng)通過(guò)水文水資源智能遙測(cè)終端、電源供電系統(tǒng)、插入式超聲波流量計(jì)、灌區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。

(4)土壤氣象無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：根據(jù)沭新渠灌區(qū)的地理位置分布，在灌區(qū)東北部、西南部建設(shè)南、北共計(jì)2套多功能小型數(shù)字土壤氣象站，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)作物生長(zhǎng)環(huán)境相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，包括墑情、雨情、水情等。

3.1.2通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)

沭新渠灌區(qū)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)主要分為五個(gè)部分[9]，主要包括：①渠首有線監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)至控制管理中心的有線網(wǎng)絡(luò)線路；②渠首、泵站、土壤氣象無(wú)線監(jiān)測(cè)點(diǎn)至控制管理中心的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；③控制管理中心至東海縣水務(wù)局的有線網(wǎng)絡(luò)線路；④控制管理中心至東?？h防汛抗旱指揮部辦公室(即連接省水利專網(wǎng))的有線網(wǎng)絡(luò)線路；⑤控制管理中心的辦公網(wǎng)絡(luò)寬帶。

3.1.3數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

沭新渠灌區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)三大類[10]?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括矢量電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)和灌區(qū)遙感影像數(shù)據(jù)庫(kù)；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括工程數(shù)據(jù)庫(kù)和綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)主要包括工情數(shù)據(jù)庫(kù)、水情數(shù)據(jù)庫(kù)、氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、墑情數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.1.4管理控制中心建設(shè)

沭新渠灌區(qū)管理控制中心是集綜合布線系統(tǒng)、視頻采集和顯示系統(tǒng)及其他相關(guān)信息系統(tǒng)或電子設(shè)備于一體的先進(jìn)、可靠、安全的智能化灌區(qū)控制中心。綜合布線系統(tǒng)是沭新渠灌區(qū)控制中心內(nèi)的信息傳輸系統(tǒng)。它使語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像與通信設(shè)備、交換機(jī)設(shè)備、信息管理系統(tǒng)及設(shè)備控制系統(tǒng)彼此相連，也使這些設(shè)備與外部通信網(wǎng)絡(luò)相連接?？刂剖业拇笃溜@示系統(tǒng)為調(diào)度決策提供了豐富的現(xiàn)場(chǎng)視頻及信息顯示，它是整個(gè)灌區(qū)調(diào)水指揮的視覺(jué)中心，作用非常突出。

3.2 灌區(qū)信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

3.2.1灌區(qū)GIS子系統(tǒng)建設(shè)

江蘇省水利地理信息服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建了省級(jí)水利GIS云環(huán)境，依托省平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建的水利地理信息服務(wù)子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)與省平臺(tái)的“數(shù)據(jù)分級(jí)，互連互通”[11]。

圖2 沭新渠灌區(qū)GIS子系統(tǒng)功能組成圖

沭新渠灌區(qū)GIS子系統(tǒng)功能如圖2所示，主要?dú)w納為沭新渠灌區(qū)數(shù)據(jù)庫(kù)、Web GIS平臺(tái)、灌區(qū)GIS應(yīng)用模塊和空間數(shù)據(jù)管理模塊[12]。灌區(qū)GIS應(yīng)用模塊面向不同的灌區(qū)業(yè)務(wù)提供豐富多樣的應(yīng)用功能，主要包括GIS基本應(yīng)用、灌區(qū)/工程電子地圖展現(xiàn)、水位/流量監(jiān)測(cè)、閘門(mén)開(kāi)度監(jiān)測(cè)、閘門(mén)自動(dòng)化控制、水情監(jiān)測(cè)、氣象/墑情監(jiān)測(cè)、地圖數(shù)據(jù)維護(hù)管理、視頻監(jiān)控等功能?？臻g數(shù)據(jù)管理模塊將實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的地理信息數(shù)據(jù)的整合、入庫(kù)、性能優(yōu)化、安全管理等，補(bǔ)充灌區(qū)內(nèi)的水利工程對(duì)象，并將成果上報(bào)省水利廳農(nóng)水處，統(tǒng)一加入省水利地理信息服務(wù)平臺(tái)的農(nóng)村水利部分。該模塊是整個(gè)GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理員，并建立地圖標(biāo)繪、圖層配置管理、遙感影像等多種形式數(shù)據(jù)采集、更新和維護(hù)機(jī)制。

3.2.2視頻監(jiān)控子系統(tǒng)建設(shè)

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)集成的界面上提供前端設(shè)備控制、視頻監(jiān)看窗口管理、OSD顯示、雙向語(yǔ)音對(duì)講、手動(dòng)抓幀和錄像、即時(shí)回放、標(biāo)簽、日志管理等功能，并能在監(jiān)看窗口內(nèi)展現(xiàn)實(shí)時(shí)音視頻智能分析的過(guò)程和結(jié)果。

3.2.3通信網(wǎng)關(guān)子系統(tǒng)建設(shè)

沭新渠灌區(qū)通信網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)上采用分布式架構(gòu)，應(yīng)用軟件系統(tǒng)為面對(duì)操作用戶的界面程序，可通過(guò)客戶端連接到通信網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)平臺(tái)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遙控。

灌區(qū)通信網(wǎng)關(guān)利用灌區(qū)有線專網(wǎng)和4G無(wú)線公網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，提供了一個(gè)連接監(jiān)控對(duì)象和用戶操作界面程序的基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)用戶操作界面軟件采用標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議提供服務(wù)，對(duì)監(jiān)控設(shè)備支持多種通道和協(xié)議，通道包括RS485、TCP/IP、CAN等，協(xié)議包括水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約、Modbus等，并支持多種數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

3.2.4數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)建設(shè)

圖3 沭新渠灌區(qū)數(shù)據(jù)交換架構(gòu)圖

根據(jù)沭新渠灌區(qū)業(yè)務(wù)管理的需要，與省云平臺(tái)定時(shí)交互信息，主要是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息和監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息主要包括各類測(cè)站點(diǎn)的基礎(chǔ)信息和各類站點(diǎn)的自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、人工觀測(cè)數(shù)據(jù)和自動(dòng)控制數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

沭新渠數(shù)據(jù)交換應(yīng)用系統(tǒng)主動(dòng)向省云平臺(tái)發(fā)送共享數(shù)據(jù)，省云平臺(tái)提供數(shù)據(jù)接收服務(wù)，被動(dòng)接收上報(bào)的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)約定的規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理，接收成功后接收信息和接收狀態(tài)返回給發(fā)送方，如圖3所示。

4 效益

沭新渠灌區(qū)自動(dòng)化與GIS系統(tǒng)及控制中心建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施后，將產(chǎn)生積極的效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1 保障工程安全進(jìn)行

通過(guò)信息監(jiān)測(cè)點(diǎn)建設(shè)，可以實(shí)時(shí)掌握灌區(qū)各控制斷面的水位變化狀況以及各測(cè)站的降雨過(guò)程，為調(diào)度人員的安全調(diào)度提供了依據(jù)，及時(shí)制定科學(xué)合理的防汛調(diào)度方案，為灌區(qū)防洪減災(zāi)起到重要作用[13]。

通過(guò)自動(dòng)化控制的應(yīng)用，能及時(shí)掌握閘門(mén)啟閉機(jī)的故障狀況，可以避免或減少因工程設(shè)備隱患而導(dǎo)致渠道停水搶修現(xiàn)象的發(fā)生。通過(guò)視頻監(jiān)控的應(yīng)用，實(shí)時(shí)掌握灌區(qū)重要水利工程的運(yùn)行狀況，提高灌區(qū)工程正常運(yùn)行的保證率，減少灌區(qū)工程停水搶修的幾率。

4.2 合理配置水資源，節(jié)約灌溉用水

通過(guò)信息化工程的實(shí)施，動(dòng)態(tài)掌握水情，使水量分配和調(diào)度更加精準(zhǔn)細(xì)化，提高配水用水效率，杜絕管理漏洞造成的棄水，最大程度減少配水環(huán)節(jié)的用水損失，大幅度提高用水效率[14]。增加水費(fèi)透明度，有效降低畝次灌溉用水量。另外信息化建設(shè)使灌區(qū)管理流程更加科學(xué)，減少人為因素的干預(yù)。計(jì)量和核算的精準(zhǔn)化，對(duì)提高水費(fèi)征收率和培養(yǎng)農(nóng)民自覺(jué)節(jié)水意識(shí)起到重要作用，給用水戶協(xié)會(huì)推廣提供了基礎(chǔ)。

4.3 提高管理水平

沭新渠灌區(qū)信息化建設(shè)將有效改善管理基礎(chǔ)設(shè)施，信息化系統(tǒng)不僅可以消除人工操作產(chǎn)生的誤差，還可以大大減輕灌區(qū)管理人員的工作強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)量設(shè)施的安裝，為水費(fèi)計(jì)收提供了科學(xué)的依據(jù)，增加了水費(fèi)計(jì)收的透明度，收費(fèi)更加公開(kāi)透明，計(jì)量更加準(zhǔn)確，減少了大量的水事糾紛。同時(shí)，通過(guò)合理計(jì)收水費(fèi)，可以逐步做到“以水養(yǎng)水，自力更生”，為灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展積累資金、增強(qiáng)后勁。灌區(qū)信息化為實(shí)現(xiàn)人工管理向智能管理提供了平臺(tái)，為提高管理效率提供了保障。

5 結(jié)語(yǔ)

沭新渠灌區(qū)通過(guò)信息化系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握灌區(qū)重要水利工程的運(yùn)行狀況，同時(shí)動(dòng)態(tài)掌握水情，提高了水量分配和調(diào)度精度，合理配置水資源，有效緩解農(nóng)業(yè)灌溉期用水不足的矛盾，對(duì)江蘇省其他大中型灌區(qū)信息化建設(shè)有較好的借鑒意義。由于我國(guó)灌區(qū)信息化建設(shè)起步較晚，受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件的限制，與發(fā)達(dá)地區(qū)相比仍有差距，因此沭新渠灌區(qū)要實(shí)現(xiàn)全面信息化仍要分階段實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化灌區(qū)信息化、智能化、數(shù)字化的最終目標(biāo)。