1.4 大型灌區信息化建設主要內容

大型灌區信息化的建設內容包括灌區自身的信息化建設和大型灌區行業管理信息化兩部分內容。

1.4.1 灌區自身信息化建設內容

灌區信息化概括起來就是“測、控、傳、軟”四個方面。實踐中人們通常把信息系統形象的比喻成人的工作過程，“測控點”就像人的五官和手腳，將信息收集，并轉化為系統能夠接受的方式（即數字化），上傳給信息中心，或接受上級指令，轉化為物理控制方式來控制目標；“數據傳輸”就相當于神經網絡，上傳下達各種數據、指令；“軟件系統”就好比是整個系統的大腦，執行“思考”的功能，收集管理決策所需要的所有數據，通過各類軟件分析處理，產生決策結果，如：管理調配目標或用水計劃等。

1.4.1.1 監測系統建設內容

監測系統內容主要包括雨情、水情、閘位、工情、墑情、水質、氣象和視頻等方面的內容。這些內容根據灌區實際情況和所處地域又有很大不同。

雨情監測。在水庫灌區和南方山區布點相對密集，而對于北方則可較疏，西北干旱地區則必要性不大。目前主要采取的技術包括翻斗式、容柵式雨量計等。

水情監測。水情包括水位和流量，是大型灌區信息化的基礎數據之一。一般情況下根據灌區管理單位的管理細致程度布點，主要是閘前、閘后，各級交接斷面，重要配水點，以及在田間與收費相關的計量等。目前水位測量采取的主要技術包括壓力、浮子、超聲波、聲波、電容、磁滯伸縮等，流量監測除泵站管道輸水部分有采用電磁流量計以外，基本都采用建筑物量水配合自動水位采集裝置計算流量和用水量。

閘位監測。閘位監測一般情況是結合閘門控制統一考慮，但不排除一部分目前由于投資或技術等原因，無法實現控制而僅僅監測閘位的信息點。布點針對主要的分水、節制和泄洪閘。主要技術有編碼式、模擬量和超聲波等。

工情監測。主要是指水工建筑物和襯砌渠道的應力、裂縫、位移、變形、滲漏等方面的數據信息，目前除大壩外極少采用。

墑情監測。是土壤水分運動的情況，由于其“以點代面”的代表性差，成本較高而一直存在爭議，目前大多為試驗性質，很難融入灌區具體管理工作。技術主要包括電導率測量法、時域反射和中子測量法等。

水質測量。由于灌區供水任務逐步增多，水質測量越來越受到重視，尤其與人體健康關系密切的濁度、氯化物、重金屬、溶解氧等參數。布點一般為水庫或供水出口。由于在線測量成本非常高，目前只有四川都江堰灌區投入實際生產。主要采取化學方法結合電子技術，根據測量參數不同具體技術也有所區別。

氣象監測。主要是與灌溉相關的溫度、濕度、氣壓、風向、風速、降雨、蒸發、光照、地溫等氣象要素的監測。由于與氣象部門的信息共享較難，部分灌區自建小型氣象站，用以在線監測小范圍內的氣象狀況，一般采用一體化自動氣象站。

視頻監測。可視化管理是當前較為流行的技術，足不出戶看到各個管理節點的工況，例如閘門、重要建筑物等。由于視頻傳輸對網絡帶寬要求較高，過多的測點勢必造成網絡投資激增，因此實際應用范圍也較小。

以上的監測內容就基本構成了灌區數據采集的核心，其工作方式包括：在線監測——即固定測點，實時傳輸上報；自報監測——即固定測點，按照定時或規定變幅自動上報；自記監測——即固定測點，將測量數據當地保存，隔一段時間通過人工取回；便攜循檢——即動態測點，配備一定數量的便攜式儀器定期循檢，通過數據接口上報；人工監測——即在傳統人工監測的基礎上通過計算機將信息數字化以后上報。

監測系統是大型灌區信息化管理動態數據的主要來源，是硬件建設的基本內容，其監測的項目和精度都應結合灌區需要有所取舍，監測點的數量依據管理的細化程度和投資多少確定，監測的方式應根據技術的發展而不斷發展，其建設是一個長期過程。

1.4.1.2 控制系統建設內容

控制系統對于灌區來說控制目標一般只有閘門和泵站兩個對象。

閘門的控制分有開度調節和無開度調節兩種，主要針對分水閘、節制閘和泄洪閘。目前技術主要是針對傳統螺桿、卷揚、液壓啟閉機的控制系統增加自動控制功能，除實現遠控、遙控、集中控制之外，還能根據上下游水位實現過流量、閘位開高等閉環控制。具體來說：前者就是信息中心（一般為管理局）、信息分中心（一般為管理站）或閘控點（一般為管理所），無需到閘門所在現場就能直接進行啟或閉的操作；后者則是指給出一段時間內指定的流量或閘位開高的目標值，由閘門控制系統現場自動調節。由于閘門一般位置偏遠，能源供給、防塵防水、防盜防破壞的要求較高，近年來很多單位在這方面也做了很多研究，尤其是太陽能光伏供電技術已比較成熟。

泵站控制由于有很多工業自動控制技術可以借鑒或直接采用，一般跟隨機電設備改造，節能改造等項目統一考慮，而多級泵站之間的協調調度才是提水灌區信息化的主要建設內容。近年來以甘肅景電灌區為代表的一系列泵站運行、監控、調度系統的建設已初見成效。

控制部分是實現配水、調度的具體動作，同樣是大型灌區信息化硬件建設的基本內容，“控制點”數量確定取決于管理方式和投資規模。建設方式一般是先骨干，后分支，也有按控制區域，沿某一渠系（如某一支渠）自上而下成片建設的。

1.4.1.3 網絡建設內容

通信網絡是灌區信息化的載體，是數據、視頻、語音傳輸的途徑，目前主要使用自建網或公網，方式包括有線和無線，有線技術主要有光纜、電纜、電力線載波等，無線技術主要有微波、超短波、GPRS/CDMA等。一般分層次建設，管理局→管理站→管理所→信息點。由于灌區地域廣闊，地形復雜，位置偏僻，往往用一種方式難以解決全部通信問題，因此大多灌區采用混合組網的方式。近年來隨著公網的快速發展，越來越多的專家建議和灌區的選擇都傾向于公共網絡，其優點主要體現在不用用戶自己維護，穩定性、安全性有保障等，但是由于公網覆蓋面積有限，而且使用費用仍然偏高，大部分灌區目前還是選擇自建網或部分采用公網。

1.4.1.4 軟件建設內容

軟件是灌區信息化能否發揮作用的關鍵所在。信息系統對提高管理水平的最主要作用一是代替部分手工作業，提高勞動生產率，二是通過計算機強大的計算能力分析數據，提供更精確的輔助決策支持。從近幾年灌區信息化建設過程來看，大部分灌區重視硬件而忽略軟件，使軟件開發工作成為一個相對薄弱的環節。尤其是應用系統的開發，由于其技術含量高，專業性強，灌區之間差異大，從而造成通用平臺開發周期長、難度大、投資高，目前尚無成熟產品。

我們一般把灌區信息化軟件分為兩大類。

（1）專業業務軟件。專業業務軟件是以水管理為核心的軟件系統。包括預測預報、水量綜合調度、水流模擬仿真、測控操作等方面。工作流程就是通過預測預報軟件提供來水和需水的數據作為決策依據，根據這些依據通過計劃調度軟件產生用水計劃和防洪等預案，通過模擬仿真進一步調整完善預案，最后通過測控操作軟件實現自動調度控制，避免人為干預。

預測預報軟件主要包括來水與需水兩方面。來水的情況直接關系到灌區可用水量和防洪安全，其核心是降雨徑流預報。需水的情況則直接關系到調度方案制定和水量分配，其核心是灌溉預報，同時要綜合考慮發電和城市工業供水的需水情況。

水量綜合調度是專業業務軟件的核心內容，包括水庫調度、泵站調度、渠系水調度等，它根據預測預報軟件提供的輔助決策依據，結合經驗與實際情況制定灌溉、發電、供水的計劃，生成防洪預案和調度預案。

模擬仿真則是通過計算機模擬水庫出入庫、泵站提水和渠系水流狀態，驗證預案是否合理，并給出調整參考。

測控軟件是最終的執行部分，屬底層平臺，它為預測預報提供必需的數據，同時執行生成的計劃預案。

（2）綜合業務管理軟件。綜合業務管理軟件是以工程管理為核心的軟件系統。除工程管理，如工程現狀、老化數據、運行工況、新建或改造狀況等以外，還包括：水電費征收、辦公自動化（OA）、公用信息發布（網站等）、用水戶協會管理、二級單位管理等內容。綜合業務管理系統非常類似于企業ERP系統，這部分建設內容根據灌區管理需求的不同呈現出不同的側重點，如山西夾馬口的水費征收系統，石津、韶山灌區的工情管理系統等都很好地結合了灌區實際，取得了良好的效果。

1.4.2 行業管理建設內容

在行業管理方面進行了“全國大型灌區節水改造項目管理信息系統”“大型灌區基礎數據庫管理系統”“全國大型灌區電子地圖管理系統”以及節水灌溉網站的開發建設。充分利用網絡資源，建立技術支持平臺、項目申報審批平臺、項目管理平臺等，使項目前期咨詢、中期監督、后評價以及獲取技術支持更加迅速、客觀、高效。