（新疆瑪納斯河流域管理局）

1 灌區(qū)信息化建設(shè)的目的意義

瑪納斯河流域灌區(qū)位于新疆天山北坡經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的核心地帶，其地理位置見(jiàn)圖1。流域總面積1.98萬(wàn)km2，其中有效灌溉面積21.067萬(wàn)hm2，是我國(guó)大型灌區(qū)之一。該灌區(qū)自1997年實(shí)施節(jié)水改造項(xiàng)目規(guī)劃以來(lái)，通過(guò)20多年的續(xù)建配套，修建和完善了大量輸水工程，渠道防滲率由原來(lái)的12.63%提高到52.44%，大大減少了輸水損失，提高了用水效率和灌溉效益。在信息化高度發(fā)達(dá)的今天，為進(jìn)一步挖掘灌區(qū)的節(jié)水潛力，提升灌區(qū)的灌溉管理水平，開(kāi)展灌區(qū)信息化建設(shè)顯得十分必要。通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)在灌區(qū)生產(chǎn)上的應(yīng)用，可為灌區(qū)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。

2 灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀及目標(biāo)

2.1 灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀

目前，瑪納斯河流域灌區(qū)不能有效獲取水量的各項(xiàng)特征指標(biāo)，導(dǎo)致用水調(diào)度一般僅靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作。灌區(qū)尚未制定最為科學(xué)合理的用水計(jì)劃，不能和現(xiàn)有水情及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等實(shí)際情況達(dá)成有效契合，無(wú)效放水情況多次出現(xiàn)，造成了水資源的大量浪費(fèi)，種植成效也不高。灌區(qū)的很多信息傳輸手段簡(jiǎn)單傳統(tǒng)，僅通過(guò)電話溝通，對(duì)水情和農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況等信息進(jìn)行單一監(jiān)測(cè)，不能滿足快速有效的調(diào)水需求。與此同時(shí)，也未能和相關(guān)系統(tǒng)之間達(dá)成聯(lián)網(wǎng)。雨量采集、灌溉需水分析及供水調(diào)控工作等系統(tǒng)各自獨(dú)立，不能滿足灌區(qū)日常管理工作要求。在硬件資源利用率持續(xù)下降的同時(shí)，維護(hù)費(fèi)用冗余增加，資金投入成本極高。

2.2 灌區(qū)信息化建設(shè)目標(biāo)

2.2.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)的全面監(jiān)測(cè)

不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)大河下泄斷面、第一總分水閘后東岸大渠、瑪納斯河泄洪閘渠首閘前、八公里分水閘前的水位和流量監(jiān)測(cè)，也要實(shí)現(xiàn)河流上游洪水沖溝匯流處、瑪納斯河故道、312國(guó)道大橋和瑪納斯湖水水情的拍攝監(jiān)測(cè)，還要實(shí)現(xiàn)工業(yè)園區(qū)供水水量監(jiān)測(cè)；同時(shí)，實(shí)現(xiàn)瑪納斯河上游堤防3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的工程安全視頻監(jiān)控覆蓋，建設(shè)肯斯瓦特水庫(kù)至夾河子水庫(kù)之間的3D實(shí)景地圖。

2.2.2 資源共享服務(wù)建設(shè)

基于瑪納斯河流域信息化建設(shè)現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃中的構(gòu)建管理局水利數(shù)據(jù)中心，搭建已有數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)體系，便于各部門(mén)之間快速的信息交流與傳遞。

2.2.3 綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

實(shí)現(xiàn)規(guī)劃中水利信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能，包括水資源綜合監(jiān)控、工情與巡檢管理、水行政執(zhí)法管理和綜合辦公管理四大應(yīng)用功能。

圖1 瑪納斯河流域灌區(qū)地理位置圖

2.2.4 水利信息系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境建設(shè)

以瑪納斯河流域管理局現(xiàn)有環(huán)境為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)房、通訊網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施進(jìn)行升級(jí)改造完善，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信息安全和網(wǎng)絡(luò)帶寬不僅滿足近期需要，也要為后續(xù)發(fā)展預(yù)留較大空間。

2.2.5 水利信息化保障環(huán)境建設(shè)

構(gòu)建信息化運(yùn)行最基本保障環(huán)境，成立信息中心，建設(shè)信息化運(yùn)行維護(hù)保障機(jī)制，完成各單位從事此項(xiàng)工作人員的信息化應(yīng)用培訓(xùn)。

3 灌區(qū)信息化建設(shè)方案

3.1 管理平臺(tái)

依據(jù)瑪納斯河流域灌區(qū)水利信息化發(fā)展規(guī)劃，信息化建設(shè)管理平臺(tái)如圖2所示。將其水利信息化分為“信息采集與工程監(jiān)控、資源共享服務(wù)、綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用、信息化安全保障環(huán)境及信息系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境”五大管理分類(lèi)，以信息采集與工程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以水利業(yè)務(wù)應(yīng)用和電子政務(wù)應(yīng)用為核心，以資源共享為樞紐，以信息化運(yùn)行環(huán)境及信息安全保障體系為依托，搭建瑪納斯河水利信息化綜合管理平臺(tái)。

3.2 系統(tǒng)劃分

根據(jù)各建設(shè)任務(wù)組成技術(shù)特點(diǎn)的不同，將瑪納斯河流域灌區(qū)水利信息化平臺(tái)分成七大分層體系（圖3）。

圖2 灌區(qū)信息化建設(shè)管理平臺(tái)

3.2.1 信息采集與工程監(jiān)控層

由信息采集與管理和工程監(jiān)控與管理兩部分組成，是采集與監(jiān)控各類(lèi)水利監(jiān)測(cè)信息的基礎(chǔ)設(shè)施，具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣，硬件與軟件耦合度高等特點(diǎn)。主要包括水位、流量、工情、水質(zhì)、雨情、氣象、工程安全、工程控制、視頻監(jiān)控等自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的建設(shè)，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸；也包括人工錄入采集，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸。

圖3 信息化平臺(tái)分層

3.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層

由政務(wù)內(nèi)網(wǎng)和政務(wù)外網(wǎng)兩部分組成。根據(jù)瑪納斯河各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍、重要性和安全性要求，通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在已有水利政務(wù)外網(wǎng)和水利政務(wù)內(nèi)網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展建設(shè)，其中，政務(wù)內(nèi)網(wǎng)是與因特網(wǎng)物理隔離的涉密網(wǎng)絡(luò)，政務(wù)外網(wǎng)是與因特網(wǎng)邏輯隔離的非涉密網(wǎng)絡(luò)。

3.2.3 硬件設(shè)施層

硬件設(shè)施層是為信息化系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的硬件支撐環(huán)境，包括支撐各類(lèi)應(yīng)用運(yùn)行和各類(lèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的服務(wù)器、存儲(chǔ)、備份、顯示及會(huì)商環(huán)境等。硬件設(shè)施的設(shè)計(jì)和建設(shè)，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求進(jìn)行或在已有硬件設(shè)施基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)充。

3.2.4 數(shù)據(jù)資源層

建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)等，建成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理平臺(tái)，為水利業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)挖掘等各項(xiàng)管理服務(wù)。

3.2.5 應(yīng)用支撐層

提供統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境，為水利應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)提供通用應(yīng)用服務(wù)和集成服務(wù)，為資源整合和信息共享提供運(yùn)行平臺(tái)。主要由各類(lèi)商用支撐軟件和開(kāi)發(fā)類(lèi)通用共享服務(wù)接口共同組成。

3.2.6 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

是水利應(yīng)用的核心，構(gòu)建防汛抗旱、水資源調(diào)度、水行政執(zhí)法等業(yè)務(wù)管理與水利辦公、財(cái)務(wù)、資產(chǎn)、人力資源、檔案等電子政務(wù)管理內(nèi)容為一體的水利綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)。

3.2.7 應(yīng)用交互層

是直接與用戶交互的層面，主要包括面向業(yè)務(wù)工作人員的業(yè)務(wù)門(mén)戶和面向社會(huì)公眾的服務(wù)門(mén)戶。

3.3 系統(tǒng)主要功能

3.3.1 工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)

很多大型灌區(qū)興建階段，會(huì)受到歷史條件影響，建設(shè)中因?yàn)橘Y金有限，投入相對(duì)較少，造成工程標(biāo)準(zhǔn)較低和不配套狀況時(shí)有發(fā)生。特別是山區(qū)的干渠渠線彎曲且傍山渠段長(zhǎng)，填方臺(tái)渠數(shù)量較多，傍山渠段所經(jīng)過(guò)地方的地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，很多地段多次出現(xiàn)位移變形情況；還有相關(guān)渠段經(jīng)過(guò)石灰?guī)r裂隙發(fā)育區(qū)時(shí)，渠道滲漏現(xiàn)象嚴(yán)重，盡管在續(xù)建配套和節(jié)水改造階段對(duì)部分干渠渠段實(shí)施了襯砌防滲，但是渠堤滑坡和坍塌等狀況還是時(shí)有發(fā)生。所以，灌區(qū)工程安全運(yùn)行，是整體水利工程效益彰顯和體現(xiàn)的主要前提條件之一。灌區(qū)總的來(lái)講，是一個(gè)系統(tǒng)化工程，若是一個(gè)部位出現(xiàn)了問(wèn)題，會(huì)對(duì)整個(gè)工程的效益造成嚴(yán)重影響，故開(kāi)展工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)是信息化建設(shè)的首要功能。

3.3.2 灌區(qū)防汛抗旱

灌區(qū)防汛，即逐級(jí)灌排設(shè)施的水位控制和水位調(diào)節(jié)。由于灌區(qū)中很多干渠系傍山開(kāi)挖修建，集雨面積大且入渠徑流量大，雨洪突發(fā)性特點(diǎn)和區(qū)域性特點(diǎn)雙向凸顯。因此，處在惡劣天氣條件下，人工檢測(cè)和渠道水位監(jiān)視很是艱難。加之渠線很長(zhǎng)，降雨時(shí)空差異很大，不僅需要了解局部渠段水文變化基本態(tài)勢(shì)，還要了解渠道全線水位變化趨勢(shì)。只有這樣，才能從全局出發(fā)，針對(duì)性地篩選調(diào)度措施，多角度保障灌區(qū)防汛工作正常開(kāi)展。由于渠堤安全超高具備一定限度，若想保障渠堤正常運(yùn)行，渠水此時(shí)不能超過(guò)控制水位值，同時(shí)不能陡漲陡落。特別是在持續(xù)雨天和土壤相對(duì)飽和情況下，發(fā)現(xiàn)渠道擁堵及時(shí)處理排水行洪，避免出現(xiàn)渠道滑坡現(xiàn)象和崩塌狀況發(fā)生。人工常規(guī)管理手段，難以滿足大型灌區(qū)平穩(wěn)運(yùn)行要求，雨洪出現(xiàn)時(shí)更是難以達(dá)到預(yù)期控制目標(biāo)。所以，灌區(qū)的防汛抗旱是系統(tǒng)的重要功能。

3.3.3 配水計(jì)劃編制

準(zhǔn)確性和供水管理之間的關(guān)系十分密切。配水計(jì)劃目標(biāo)，主要是從根本上達(dá)成大型灌區(qū)水資源優(yōu)化調(diào)整，靜態(tài)配水計(jì)劃難以讓水資源實(shí)現(xiàn)預(yù)期最優(yōu)配置。因此，執(zhí)行動(dòng)態(tài)用水計(jì)劃，是未來(lái)水資源管理的重中之重。我們通常所說(shuō)的動(dòng)態(tài)用水計(jì)劃，是在滿足水資源充裕灌溉農(nóng)作物的基礎(chǔ)上，結(jié)合天氣條件、工程實(shí)際情況等，來(lái)進(jìn)行取水計(jì)劃和配水計(jì)劃制定。在水資源不能滿足灌溉需求的情況下，也就是在缺水時(shí)，需要應(yīng)用系統(tǒng)分析技術(shù)操作和氣象預(yù)報(bào)等相結(jié)合，最終制定出妥善的灌溉制度和配水措施。

4 灌區(qū)信息化建設(shè)效果

瑪納斯河流域灌區(qū)信息化建設(shè)完成后，對(duì)整個(gè)灌區(qū)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取，可對(duì)灌區(qū)的防汛抗旱、配水計(jì)劃編制等起到科學(xué)的指導(dǎo)作用。現(xiàn)已取得的主要建設(shè)成效如下：（1）建立水情監(jiān)測(cè)站9處，其中4處水位流量監(jiān)測(cè)，4處水情監(jiān)測(cè)拍攝，1處管道流量監(jiān)測(cè)；（2）建立水情監(jiān)測(cè)站無(wú)線通訊租賃8處，中心光纖寬帶租用升級(jí)1處；（3）采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影制作肯斯瓦特水庫(kù)至夾河子水庫(kù)之間的3D實(shí)景地圖；（4）建成數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、資料無(wú)紙化與采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)、采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和人才系統(tǒng)（圖4）。

圖4 灌區(qū)信息化建設(shè)成果

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于瑪納斯河流域灌區(qū)信息化建設(shè)的不足，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，提出了建設(shè)滿足灌區(qū)運(yùn)行要求的多個(gè)相互配合的系統(tǒng)。實(shí)踐表明，系統(tǒng)不僅滿足灌區(qū)正常生產(chǎn)的要求，而且大大提高了灌區(qū)的科學(xué)化管理水平。