劉春艷

（太原市軌道交通發(fā)展有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

太原市敦化灌區(qū)位于清徐縣汾河二壩東部，瀟河尾端西側(cè)，屬?zèng)_積平原型灌區(qū)，是太原市的糧食主產(chǎn)區(qū)之一。灌區(qū)始建于1958年，自1964年起經(jīng)過四十多年的改建，相繼新建了敦化一級(jí)站、王答和大寨兩個(gè)二級(jí)站、南關(guān)抽水站和友誼站兩個(gè)三級(jí)站，形成現(xiàn)在的三級(jí)四站的獨(dú)立提水灌區(qū)。灌區(qū)主要利用汾河水進(jìn)行灌溉，適當(dāng)利用瀟河洪水進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，擔(dān)負(fù)著清徐縣河?xùn)|地區(qū)王答、西谷、孟封，徐溝四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)36個(gè)村莊的0.70萬hm2農(nóng)田的灌溉任務(wù)。敦化灌區(qū)自建成受益以來，為促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、農(nóng)民增收和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益起到了重要的作用。

敦化灌區(qū)先后經(jīng)過了泵站改造、末級(jí)渠道防滲改造、小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣和中型灌區(qū)改造等項(xiàng)目的實(shí)施，其節(jié)水灌溉體系已基本形成，節(jié)水灌溉工程運(yùn)行效果良好，但在用水管理、可持續(xù)發(fā)展等方面還存在一些短板。根據(jù)黨和國(guó)家關(guān)于加強(qiáng)農(nóng)業(yè)和水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的有關(guān)政策，遵循“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)期治水方針，圍繞水利現(xiàn)代化要求，立足于灌區(qū)現(xiàn)狀條件，為挖掘灌區(qū)現(xiàn)有潛力、提高灌溉水利用系數(shù)、發(fā)揮灌區(qū)綜合節(jié)水效果、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，開展了灌區(qū)節(jié)水改造頂層設(shè)計(jì)。

2 建設(shè)目標(biāo)和主要任務(wù)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

敦化灌區(qū)現(xiàn)代化示范建設(shè)的總目標(biāo)，是全面實(shí)現(xiàn)水利信息化。采取分期對(duì)灌區(qū)進(jìn)行信息化改造的措施，基本建成覆蓋灌區(qū)工程的水利信息化網(wǎng)絡(luò)，建立灌區(qū)泵站及沿線閘站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)，建設(shè)和完善灌區(qū)水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，建立運(yùn)行安全、高效節(jié)能、管理先進(jìn)的現(xiàn)代化灌溉工程體系和管理服務(wù)體系。在良好的工程硬件設(shè)施基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)調(diào)度科學(xué)合理、運(yùn)行自動(dòng)控制、在線監(jiān)測(cè)，確保工程高效、可靠運(yùn)行，為各級(jí)水行政主管部門和管理單位提供準(zhǔn)確、及時(shí)、有效的運(yùn)行、水情信息，為科學(xué)管理和灌溉決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 主要任務(wù)

根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的總體目標(biāo)，在對(duì)泵站工程、渠道工程現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)對(duì)改造的總體要求，確定敦化灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)的主要任務(wù)是灌區(qū)信息化建設(shè)，包括灌區(qū)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和灌區(qū)信息化軟件系統(tǒng)建設(shè)兩個(gè)方面。具體措施為：

（1）對(duì)已經(jīng)損毀嚴(yán)重的敦化一級(jí)站和王答二級(jí)站的泵站廠房進(jìn)行全面改造，以徹底改變泵站面貌，改善工作環(huán)境。

（2）對(duì)泵站的引渠、攔污柵、工作閘門、進(jìn)水池、壓力管道、出水池等設(shè)施，按照運(yùn)行安全、可靠、適應(yīng)信息化的原則進(jìn)行全面改造；建設(shè)覆蓋整個(gè)灌區(qū)的遠(yuǎn)程直流供電系統(tǒng)，為自動(dòng)計(jì)量閘門、視頻監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等供電。

（3）對(duì)灌區(qū)部分渠系，主要包括：電一支渠、電二支渠、二支輸水渠和電三支渠現(xiàn)有閘門的土建部分進(jìn)行改造或重建，安裝自動(dòng)計(jì)量閘門系統(tǒng)，并配套遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制設(shè)備；建設(shè)覆蓋灌區(qū)重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的光纖通信網(wǎng)絡(luò)。

（4）按照建設(shè)現(xiàn)代化灌區(qū)的要求，全面規(guī)劃泵站的信息化建設(shè)，使泵站管理、運(yùn)行達(dá)到信息化、自動(dòng)化的目標(biāo)。對(duì)灌區(qū)泵站、閘門、調(diào)度室等新建視頻監(jiān)視點(diǎn)，灌區(qū)管理中心布置網(wǎng)絡(luò)錄像機(jī)和操作鍵盤。

（5）改造完善灌區(qū)管理中心控制室設(shè)備，更換2×4m的DLP大屏幕。增加服務(wù)器及機(jī)房設(shè)備，采用網(wǎng)絡(luò)多屏處理器，實(shí)現(xiàn)8路或16路DVI或VGA或VIDEO信號(hào)同時(shí)顯示在大屏幕上。

（6）完善信息化系統(tǒng)，配套灌區(qū)信息服務(wù)系統(tǒng)、水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)、水費(fèi)征收系統(tǒng)、運(yùn)行伴隨仿真系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)等，科學(xué)調(diào)水、取水、量水、用水。

3 灌區(qū)信息化建設(shè)

3.1 渠系建筑物自動(dòng)化改造

傳統(tǒng)閘門已不能適應(yīng)灌區(qū)現(xiàn)代化管理的需求，閘門改造是灌區(qū)現(xiàn)代化改造的重點(diǎn)。本著“不改變渠道過流能力，保持原工程布局”的原則，在土建工程改造的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)閘門更換為測(cè)控一體化閘門，并配套遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制設(shè)備；實(shí)現(xiàn)渠道過水流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使灌溉渠系實(shí)現(xiàn)“按需供水”；渠道過水流量可實(shí)時(shí)通過信息中心顯示，灌區(qū)管理人員可通過信息中心實(shí)時(shí)控制閘門的開啟高度來控制渠道流量，從而實(shí)現(xiàn)精確的灌溉自動(dòng)化管理和控制。灌區(qū)因地制宜地開展量水技術(shù)研究，不僅提高了灌區(qū)的現(xiàn)代化管理水平，而且加大了供水的透明度，讓用水戶明明白白用水、清清楚楚交費(fèi)。

灌區(qū)現(xiàn)代化建設(shè)安裝的多種規(guī)格的自動(dòng)計(jì)量閘門系統(tǒng)均為國(guó)產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)計(jì)量閘門系統(tǒng)的性能符合國(guó)情，且具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，完全可以替代同類國(guó)外產(chǎn)品。自動(dòng)計(jì)量閘門終端設(shè)備包括：太陽能供電系統(tǒng)、電氣控制臺(tái)、閘門本體等三部分。系統(tǒng)測(cè)控部分的控制單元，采用高性能處理器；測(cè)流部分采用高精度、強(qiáng)適應(yīng)性的傳感器；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單元，采用耐用型直流電機(jī)。

3.2 灌區(qū)信息化建設(shè)

敦化灌區(qū)信息化建設(shè)采用現(xiàn)代科技手段，實(shí)現(xiàn)水位、流量、閘門開度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理與存儲(chǔ)，并提供完善的數(shù)據(jù)庫管理維護(hù)功能。能夠提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、分析功能，能夠以圖形、報(bào)表等多種方式對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示。

敦化灌區(qū)信息化系統(tǒng)，以敦化灌區(qū)管理局為中心，覆蓋灌區(qū)范圍內(nèi)的泵站、自動(dòng)計(jì)量閘門、渠系和灌區(qū)田塊。設(shè)一個(gè)灌區(qū)管理中心、四個(gè)泵站監(jiān)控點(diǎn)、57個(gè)閘門監(jiān)控點(diǎn)、64個(gè)前端視頻監(jiān)視點(diǎn)、以及57處水位流量采集點(diǎn)。灌區(qū)管理中心設(shè)在灌區(qū)管理局，敦化灌區(qū)信息化總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 敦化灌區(qū)信息化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)對(duì)信息的需求分析，本系統(tǒng)共涉及六個(gè)方面：信息采集、通信、閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)視、應(yīng)用系統(tǒng)和配套工程。

（1）信息采集主要采集泵站的流量，自動(dòng)計(jì)量閘門的水位、流量，土壤的墑情信息。信息采集采用RTU采集和處理信息，通過光纖傳輸。

灌區(qū)信息采集系統(tǒng)包括流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、墑情氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，按級(jí)別分為灌區(qū)管理中心、現(xiàn)地采集站2個(gè)級(jí)別。管理中心位于敦化灌區(qū)管理局內(nèi)，現(xiàn)地采集站是位于灌區(qū)自動(dòng)閘門的計(jì)量點(diǎn)和位于農(nóng)田的墑情監(jiān)測(cè)站。灌區(qū)信息采集系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全灌區(qū)動(dòng)態(tài)計(jì)劃用水，科學(xué)調(diào)配，達(dá)到節(jié)約用水，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

（2）通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域涉及灌區(qū)管理局、泵站、閘門監(jiān)控點(diǎn)、視頻監(jiān)視點(diǎn)等，采用光纖通訊。

依據(jù)敦化灌區(qū)的實(shí)際情況，將灌區(qū)的信息分為實(shí)時(shí)信息（閘門控制指令、視頻信息）和非實(shí)時(shí)信息（水位、流量）。實(shí)時(shí)信息需要傳輸帶寬高、及時(shí)，采用光纖通信，架空敷設(shè)36芯光纜；非實(shí)時(shí)信息采用GSM/GPRS通信。由于實(shí)時(shí)設(shè)備和非實(shí)時(shí)設(shè)備在同一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因此在灌區(qū)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，采用光纖通信的方式。采用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，將整個(gè)灌區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)組成大的局域網(wǎng)。

（3）閘門監(jiān)控主要涉及57處自動(dòng)計(jì)量閘門，采用PLC作為主控和通信設(shè)備，通過光纜遠(yuǎn)程通信。

閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成?，F(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)主要由閘位計(jì)、PLC控制柜、光貓、單模光纖、控制及信號(hào)電纜、避雷裝置、閘門驅(qū)動(dòng)控制裝置等設(shè)備組成。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)和監(jiān)控軟件組成。

閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對(duì)所管轄范圍內(nèi)渠道閘門運(yùn)行的實(shí)時(shí)控制，并收集管理分中心渠道閘門的運(yùn)行信息，提出全灌區(qū)配水計(jì)劃，建立各種情況下的調(diào)度方案和處理預(yù)案，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置和優(yōu)化調(diào)度。

（4）視頻監(jiān)視主要監(jiān)視泵站的出水及運(yùn)行狀態(tài)、閘門的開啟和閉合狀態(tài)。采用網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器、光纜遠(yuǎn)程通信。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)按級(jí)別可分為灌區(qū)管理中心、前端監(jiān)控點(diǎn)2個(gè)級(jí)別，灌區(qū)管理中心位于敦化灌區(qū)管理局內(nèi)，前端監(jiān)控點(diǎn)位于泵站6處、調(diào)度室1處、自動(dòng)計(jì)量閘門57處。視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是對(duì)灌區(qū)內(nèi)各前端監(jiān)控點(diǎn)實(shí)施24h監(jiān)控，當(dāng)發(fā)生泵站開啟失敗、閘門自動(dòng)開啟失敗，開啟角度錯(cuò)誤等情況時(shí)，通過調(diào)度中心視頻系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)調(diào)水計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

（5）應(yīng)用系統(tǒng)采用基礎(chǔ)平臺(tái)和二次開發(fā)相結(jié)合，操作系統(tǒng)采用當(dāng)前主流的操作系統(tǒng)。

灌區(qū)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)是在深入分析灌區(qū)管理業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用組件技術(shù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、決策支持系統(tǒng)（DSS）等高新技術(shù)，與灌區(qū)管理、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等業(yè)務(wù)相結(jié)合，構(gòu)建先進(jìn)、科學(xué)、高效、實(shí)用的灌區(qū)信息管理系統(tǒng)。根據(jù)應(yīng)用需求，將灌區(qū)運(yùn)行管理系統(tǒng)分為門戶系統(tǒng)、灌區(qū)信息服務(wù)系統(tǒng)、灌區(qū)水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)、水費(fèi)征收管理系統(tǒng)、灌區(qū)運(yùn)行伴隨仿真系統(tǒng)等5個(gè)系統(tǒng)。

（6）信息中心改造配套工程包括：信息中心的改造、光纖的鋪設(shè)、遠(yuǎn)供直流電源系統(tǒng)的建設(shè)等。

灌區(qū)管理中心是全灌區(qū)范圍內(nèi)的水情、引水信息，水量調(diào)度的總控制中心，是水調(diào)系統(tǒng)整體應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能的集中控制中樞和硬件存放區(qū)，敦化灌區(qū)管理局將監(jiān)控調(diào)度室、中心機(jī)房、會(huì)議中心的功能整合到一起。改造內(nèi)容有大屏幕顯示系統(tǒng)、電子沙盤模型系統(tǒng)、服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、演示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、中心線路設(shè)計(jì)。

光纖的鋪設(shè)以灌區(qū)管理局、電二支管理站、電一支管理站、王答二級(jí)站作為中繼點(diǎn)，分別放置光纖交換機(jī)，作為整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的中繼中樞。遠(yuǎn)供直流電源系統(tǒng)為灌區(qū)光纖中繼點(diǎn)、遠(yuǎn)端視頻設(shè)備、閘門控制設(shè)備供電，采用遠(yuǎn)程直流供電系統(tǒng)給所有用電設(shè)備提供電，解決了用電不穩(wěn)定的問題。

4 結(jié)語

敦化灌區(qū)現(xiàn)代化示范建設(shè)一期、二期項(xiàng)目已實(shí)施完成，工程的實(shí)施為灌區(qū)水資源的合理配套提供了基礎(chǔ)保障，實(shí)現(xiàn)了灌溉科學(xué)調(diào)度、自動(dòng)控制、在線監(jiān)測(cè)，保障了工程高效、可靠運(yùn)行，為管理單位提供了準(zhǔn)確、及時(shí)、有效的運(yùn)行、水情信息，為科學(xué)管理和灌溉決策提供了科學(xué)依據(jù)，提高了灌區(qū)管理水平和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合能力，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。