浅议尊村灌区信息化建设（张泽良,宁晓杰）

摘要:灌区信息化技术是计算机自动控制技术、互联网技术、多媒体技术、通信技术、传感测量技术等多项先进科技的融合与结晶。本文简要叙述了尊村灌区信息化系统的基本结构及其灌溉管理应用系统，以及该系统在提升灌区管理水平、保障灌区安全运行、增强灌区服务功能等方面所发挥的重要作用。

一、信息化建设的必要性

尊村灌区是山西省最大的梯级提水引黄灌区，设计灌溉面积166万亩，设计提水流量46.5m3/s，工程始建于1976年，截至目前已建成主干泵站9(级)座，分干泵站2座，万亩提灌站23座，已完成各类供水生产任务近15亿立方米，取得了显著的经济和社会效益。

受资金、技术和管理水平等限制，灌区建设时未实施灌区信息化项目建设，建成后灌溉调度一直依赖人工干预与决策，经过多年的运行实践，暴露出许多严重的问题，直接影响到灌溉供水生产安全：一是数据采集处理方式落后、效率低下。多年以来，灌区调度决策所需的气象、水文、水情、墒情信息仍依赖传统的收听广播、电话查询和人工检测获得，各种灌溉机电方面的生产运行参数多采用人工目测、纪录及手工核算，各种前期用水信息、实时灌溉用水参数仍需要人工统计或现场手工测量，由此而收集的各种数据资料信息量少、实时性准确性差、反馈速度慢，调度人员很难及时全面掌握系统的动态运行情况并及时调整调度运行方案，使得灌溉供水存在一定的盲目性和风险；二是缺乏一个功能强大、资料齐全的灌溉管理综合数据库。灌区各种基础工程数据及设计图纸资料、历年来的灌溉生产供用水情况记录、各种重大事件纪要、工程及设备档案、各种技术资料等多数时间沉睡在档案柜里，灌区各种实时运行参数及供用水统计资料大多掌握在少数职能科室、专职人员手中，数据量少且不能做到透明公开，工作人员及用水户（特别是一线站段工作人员）翻阅调用困难，对合理调配灌区水资源、处置各种紧急突发事件和处理历史遗留问题、制定灌区阶段发展规划及续建配套改造计划等极为不便，也不利于水务公开等相关工作的开展；三是信息传输系统通道不畅、准确性差。目前，灌区各种运行、统计资料的传输，各种灌溉管理调度指令的发布，仍依赖于传统的有线电话、无线对讲机甚至信函，由于运行调度中间环节较多，使灌溉管理需传输的语音、数据的准确性、实时性大打折扣，人为出错的几率高，对故障及事故的反应速度慢，严重影响系统的安全运行；四是缺乏对供水生产各环节的有效制约手段。目前，供水生产系统各泵站、变电站、闸站的设施设备普遍老化，自动控制设施设备未配套或已报废失效，各种调度指令的执行需由各站工作人员人工参与完成，缺乏有效的技术控制措施。受经济利益的驱动，部分工作人员对调度指令很难做到令行禁止，难以杜绝部分泵站、支口早开晚报、隐瞒不报及用水户偷用水等情况发生，造成灌区渠系水利用系数低、供水生产成本加大，给灌区的经济效益带来严重损害；五是缺乏科学合理的管理决策支持系统。灌溉调度方案的形成及紧急突发事件的处置很大程度上取决于管理、调度人员的经验和技术水平，而受所获得信息量的局限性、非实时性和不确定性影响，调度人员提出的运行调度方案很难做到科学、合理，使灌溉供水生产的安全性、经济性和生产效率受到很大影响，各类事故故障时有发生，导致整个灌区经济效益逐年下滑。

因此，充分利用现代信息科技，对现有灌区系统进行信息化改造，是全面提升灌区管理水平，充分发挥灌溉效益的迫切需要。

二、信息化建设基本思路

1．信息化建设的原则及指导思想

本着经济实用、准确可靠、先进合理、操作维护简便的原则，尊村灌区的信息化建设应遵循以下指导思想：立足现有工程设施，紧密结合泵站灌区特点，有效利用计算机自动控制技术、网络技术、遥测传感技术、通信技术、多媒体技术等现代信息技术，在做好信息化规划的基础上,因地制宜、分步实施，充分吸收和借鉴各种成功的灌区信息化建设模式，形成一套科学合理、运作高效的管理调度决策支持系统，进一步优化整合系统资源，拓展完善供水服务体系，从而保障灌溉供水的安全性、可靠性和经济性，全面提高灌区的管理水平和经济效益。

2．灌区信息化系统构成

尊村灌区信息化系统由通信以太网连接的两级网络组成：上层网络为灌区管理局局域网，下级网络为各泵站、变电站、节制闸现场测控网。在此基础上，按照灌区管理实际需要，选择配置成熟的应用软件，形成以信息采集系统、灌区综合数据库及信息处理系统、灌区调度管理决策支持系统、灌区自动化监控系统、灌区办公自动化系统、财务管理及水费计收系统、水务公开系统等为主的灌区管理应用系统。

灌区管理局局域网由灌区监控调度中心工作站、工程师工作站、综合数据库服务器及各领导、各科室PC等组成，以离散分布方式组网，以Windows系统为平台开发各类管理应用软件。其中，灌区监控调度中心工作站设在灌区中心调度室，其核心作用是根据全灌区灌溉、供水需求，通过灌区自动化监控系统实现对各泵站、变电站、闸站等关键设施、设备的远动程序化调整、调节操作，以实现水资源在全灌区的优化调配，使灌区基本做到计划用水。工程师工作站设在总工办，主要承担对全灌区所有泵站、变电站、渠系、闸门的安全运行监控任务，通过信息采集系统的信息支持实时监测、分析、评价灌区的安全生产水平，并通过灌区调度管理决策支持系统提出对各类突发事件的处置预案，从而保障全灌区的运行安全。综合数据库服务器为全灌区的信息收集、存储、处理中心，通过对灌区各类信息的整理、编辑、归纳、分类，实现灌区各类生产运行数据的连续存档，以备随时查询，并为办公自动化系统、财务管理系统、水务公开系统等一系列应用系统提供信息支撑。

泵站、变电站、节制闸现场测控网是由各泵站、变电站、水管站现场工作站及与之连接的各个现地监控单元组成，以现场总线方式连接，采用与灌区监控调度中心系统全兼容的windows应用软件系统。其中，各现场工作站是各泵站、变电站、节制闸现场监测控制的主体，各自相互独立，主要承担对所辖范围内所有机电设备、工程设施运行状况的监测、控制，实时将各设备、设施运行参量上传至监控调度中心工作站，无条件执行灌区监控调度中心的各项工作指令,紧急情况下，各现场工作站也可脱开监控调度中心完成对所辖范围设备、设施监测控制，并可支持办公自动化系统、水务公开系统、财务管理及水费计收管理系统等应用系统的功能实现。各泵站、变电站、节制闸工作站之间可通过通信以太网与管理局局域网及其它站闸完成语音数据通信、信息交换和查询。各现地控制单元主要完成对本单元测控对象各类运行参数的实时检测和上传，执行各现场工作站下达的各项工作指令，在紧急情况下现场工作人员也可对测控对象实施手动控制操作，且手动操作具有优先级。

根据尊村灌区信息量大、信息传输精度高和灌区地形条件相对平坦、区域较集中的特点，选择以光纤通信系统为灌区信息传输主通道，以超短波通信系统为辅助通道，两系统在各泵站、变电站、节制闸现场工作站处实现系统连接与模式转换。主要承担管理局局域网与各现场工作站、各现场工作站与前端测控单元之间运行调度、管理、监控所需各类语音、数据、图像、脉冲信息的传输及交换，从而保障信息化系统信息传输的准确性、可靠性。

3．灌区管理应用系统

(1) 信息采集系统

该系统硬件主要由各现场工作站、前端检测仪器仪表、能量转换设备、连接电缆及现场测控屏等组成。前端监测传感设备将检测采集到的特征参数转换为20mA或0.5v标准模拟信号，经I／O转换为数字信号后,由现场测控屏上传至现场工作站。各经现场工作站以不间断巡检方式检测上述信息后实时上传至综合数据库，使调度人员可由此获得全灌区的实时动态参数。

信息采集系统监测、采集的参量主要有:①泵站及变电站主要电气设备的电流、电压、功率因数、电度等电量参数; ②泵站机组、辅机系统、干支斗渠及主要工程设施的流量、压力、温度、振动、闸（阀）门开度、水位、位移等非电量参数;③全灌区或典型区域田间的土壤墒情、降雨量、蒸发量、湿度、水质等环境气象参数及所在流域上游来水量、地下水水位等水文信息等;④机组运行/停机状态、主变压器及馈电线路的投入/退出状态、阀门（闸门）的开/闭状态、开关（刀闸）的分/合状态、继电保护装置的正常/动作/试验状态等状态参量；⑤各站设立的监视摄像头的视频信号；⑥各用水单位及用水户的用水流量、用水时间、总用水量等灌溉供水生产参量等。

（2）灌区综合数据库及数据处理系统

灌区综合数据库及信息处理系统是以综合数据库服务器及存储、显示、打印、网络调制解调器等硬件为主要构件，以dbase数据库应用软件为平台开发而成的灌区综合管理数据库系统，其主要功能有：1）收集、整理、编辑、存储、显示、打印由信息采集系统采集的各类实时灌溉生产、泵站运行数据及各类越限报警信息，生成各类生产运行记录和统计报表；2）存储并管理灌区各类工程基础资料、各类档案资料、历年灌溉管理及供配水资料、水费计收管用资料等历史资料，以备随时查询；3）可建立形成全灌区的渠系系统图及各泵站、变电站等分系统的系统图、模拟流程图、接线图、实时状态图、实时趋势图、历史趋势图等各类图表信息，使工作人员准确了解灌区现状及动态；4）可建立设置主要设施设备的故障、事故的警戒报警限值，并准确显示、记录各类越限报警信息，实现事故追忆，为紧急事件处置及灌区运行安全提供科学依据和参考；5）可实现对所有系统内设备的在线检测、自诊断与硬件管理，保障信息化系统工作的稳定与可靠；6）还可通过各类接口实现与外部设备及与互联网的联接，保障系统的开放性与可拓展性；7）作为各管理应用系统的总服务器，为各应用系统功能的实现提供信息、数据支撑。

（3）灌区调度管理决策支持系统

灌区调度管理决策支持系统是由信息采集系统、综合数据库及数据处理系统、灌区自动化监控系统及灌区办公自动化系统等系统整合而成的专家智能管理系统，通过建立各关键设施设备及全灌区运行调度的数学模型，合理运用计算机数据库及多媒体技术，形成界面友好、功能完善、操作简便的灌区调度运行应用软件环境。

该系统能根据信息采集系统所收集、检测的各类农作物需水情况、土壤墒情信息、水源水文资料、灌区区域气象信息、灌区内土地资源分布及农作物种植结构、用水统计资料等生成阶段性或灌季的生产供用水计划，合理确定灌区的开机时间、提引水量、不同区域的灌溉制度及各级渠系的配水调度方案，避免单纯依靠经验进行调配水可能造成的调度失误及由此造成的水量浪费，提高灌区运行的经济性；还可以根据已出现的各类越限、事故报警，自动生成紧急事件的处置预案，供调度及管理人员参考，从而保证全系统各类设施设备的安全、经济、高效运行。

（4）灌区自动化监控系统

灌区自动化监控系统由灌区监控调度中心工作站、各泵站、水管站现场工作站及其现场测控单元组成。该系统依托灌区信息采集系统和综合数据库的信息支持，以各类图表、图形实时显示各系统流程图、实时状态图、接线图以及关键设施、设备的的运行参数，从而实现对全灌区系统的全面监控；可准确执行灌区调度决策支持系统下达的各项工作指令，根据灌区调度需要，完成对各泵站机组、各支斗口闸门、各变电站开关的远动程序化操作控制，实现对泵站出水流量、闸门开度、水位高程的闭环调节调整，保证各类设施设备高效运行，基本实现各泵站、变电站、闸站“无人值班、少人值守”，从而大幅提高灌区运行效率，降低工人劳动强度；可及时了解掌握各设施设备的安全动态，自动判断设施设备的不正常工作状态，准确进行故障及事故的紧急处置，减少事故的范围及损失，提高灌区运行的可靠性和经济性。

（5）灌区财务管理及水费计收系统

根据灌溉管理实际需要，灌区管理局与各站采用统一的财务核算体系，选用适用的财务管理系统软件，以管理局财务科的PC为工作主机，各站配置财务管理及水费核算终端机，两者通过联网可实现网上水费结算、财务对帐、财务报表、打印单据及发票等财务管理功能，从而实现财务管理公开化、透明化；审计部门还可通过联网对各站财务进行在线审计与核查，杜绝各类不合理开支的发生。

（6）灌区办公自动化系统

该系统硬件由管理局各领导、各科室PC及与之联网各站的办公自动化终端PC机组成，依托综合数据库及信息处理系统，通过选配适用的办公自动化硬件设备和开发适用的应用软件，工作人员可根据权限生成、传送、批阅、交换各类公文，基本实现管理局范围内无纸化办公和异地办公；可随时查看各类灌溉运行、调度实时信息，准确了解灌区动态；可分专业设置不同的管理应用系统（如人事管理系统、机电管理系统、行政管理系统等），大幅提高灌区的办公效率；可异地查询灌区各类工程技术资料、灌溉历史资料、灌区各项规章制度和现行灌溉管理政策，实现系统资源的共享；还可通过互联网与国家、省、市党政部门、水利管理部门实现信息交换与传输，使灌区综合管理和服务水平得到进一步加强。

（7）水务公开系统

由综合数据库服务器、信息传输系统、各泵站、水管站现场工作站及分布于灌区各典型收益村镇、各用水大户等处的电脑显示系统、电脑触摸屏查询系统等组成。该系统运用计算机语音仿真技术和网络通信技术，可使灌区所有水管职工和用水户及社会各界人士随时对自己及他人各类灌溉用水参数、水量及水费缴纳情况进行电话查询和电脑触摸屏查询，并能查询灌区管理机构、灌溉管理知识、水价优惠政策等相关信息，使灌区供用水情况及灌区管理情况完全置于广大用水户的公开监督之下，从而使灌溉管理透明化、公开化，彻底杜绝以水谋私等各类不正之风，更好服务于灌区用水户及区域经济发展。

三、信息化建设实施步骤

按照“因地制宜、分步实施、稳步推进”的原则，在完成灌区信息化总体规划的基础上，根据规划年度内的投资可能，尊村灌区的信息化系统建设可分三步走：第一，在“十五”内，先行完成主干通信网络的建设，构筑信息化系统基本通道，并基本完成管理局办公自动化系统建设；第二，在“十一五”初、中期，适时完成管理局局域网及部分关键泵站、变电站、闸站的现场测控网建设，选用或开发适用的管理软件系统，初步搭建尊村灌区信息化系统的框架平台；第三，争取在“十一五”末，逐步完善各泵站、变电站、水管站、支斗口现场测控网建设，最终实现灌区“自动化、数字化、现代化”。

四、信息化建设应注意的几个问题

尊村灌区信息化建设是全面提升灌区管理水平的重要契机，信息化系统能否稳定、可靠运行，灌区效益能否因此得到显著提高，取决于诸多方面的因素，基于尊村灌区现状，笔者认为，在尊村灌区信息化建设过程中应妥善处理好以下几方面问题：

1．应注重人才队伍建设，以高效能人才保证信息化系统的安全可靠运行。目前灌区信息化建设急需的计算机、通信、自动控制等专业人才匮乏，泵站机电、灌溉管理、传感测量等专业技术人员也人数不多，使灌区的信息化建设缺乏人才支持。对此，除有针对的加强员工的培训和素质教育外，还应及早动手，采取有力措施吸引和引进专业人才，为实施灌区信息化做好人才、技术储备。

2．信息化系统建设应有良好的开放性和可扩展性，保障系统持续发挥效益。

现代信息技术的发展突飞猛击，技术的更新换代速度很快，同时，灌区信息化系统的运行需从相关部门获取大量的外部信息，因此，为保障灌区信息化系统的持续高效运行，在灌区信息化系统建立之初就应保证系统良好的开放性和可拓展性，为系统升级及与扩容打好基础，从而保障系统能持续发挥效益。

3．应为灌区信息化系统的运行创造良好的外部环境。

灌区信息化是一项综合技术项目，除纯技术的因素外，灌区管理水平对信息化系统的应用效果发挥着重要的影响作用，为此，在实施信息化建设的同时，应积极开展灌区管理体制和运营机制改革，逐步完善信息化系统运行的组织与保障体系，从体制和机制上保障灌区管理的科学性，为信息化系统的高效运用创造良好的环境氛围。