紅寺堡揚水灌區信息化建設及管理

顧占云

（寧夏水利廳紅寺堡揚水管理處 寧夏中寧 755100）

1 引言

寧夏紅寺堡揚水灌區位于寧夏中部干旱帶，是寧夏裝機容量最大、規模最大的電力提灌工程。灌區地跨吳忠市、中衛市、紅寺堡開發區、中寧縣、同心縣、利通區6個縣 （市、區），設計灌溉面積55萬畝，截至2010年底，實際灌溉面積67.95萬畝。

紅寺堡揚水灌區共有骨干泵站14座、中心管理所1座，干、支干渠總長149.7km。有渡槽、節制閘、退水閘、進水閘等水工建筑物88座，斗口132座，涵洞59座，生產橋103座。設計引水流量 25m3／s ， 年 引 水 量 3.09 億 m3， 總 揚 程305.8m，總裝機總容量11.67萬kW。灌區南北長140km，東西寬約11km，灌區總土地面積110.7萬畝。工程自建成以來，有效解決了寧夏中部干旱帶40萬貧困人口的溫飽問題。

紅寺堡揚水工程的建成，極大地緩解了寧夏中部干旱帶經濟發展壓力，促進了區域經濟快速發展，對維護少數民族地區穩定等方面發揮了極為重要的作用。揚水工程的建設不僅提高了灌區人民的生活質量，改善了區域生態環境，而且有力地促進了異地移民開發，解決了偏遠山區人畜飲水困難，使灌區及周邊地區的社會秩序得到了穩定，使政府的扶貧由" 輸血" 型變成了農民的自我 “造血”型。

灌區實行 “以畝定量、計劃用水、以供定需”的管理辦法。自治區水利廳灌溉管理局根據黃河來水情況，向各干渠分配引用水指標，各渠道管理單位按核定面積和作物比例分水到泵站，在支斗渠口處控制水量，并計量收費。

2 紅寺堡揚水灌區泵站及通訊、自動化系統現狀

紅寺堡灌區13座骨干泵站包括紅寺堡一～五泵站等主泵站5座：新莊集一～四泵站、新圈一～二泵站、海子塘一～二泵站等支泵站8座；相關泵站的基本情況見表1。

表1 相關泵站的基本情況表

紅寺堡揚水管理處自信息化建設以來，結合扶貧揚黃灌溉工程項目，先后建設了一點多址微波通信系統、部分泵站光纜通信系統、泵站自動化控制系統、遙視系統、水位遙測系統、辦公自動化系統6個部分，為灌區的信息化管理系統的進一步擴展打下了堅實基礎。

2.1 一點多址微波通信系統

紅寺堡灌區原有通信系統主要為2003年已建成的一點多址微波通訊系統，主要以語音通信為主，低數據業務為輔。在紅寺堡管理處設有512門數字調度交換機一臺，網絡傳輸采用阿爾卡特一點多址微波系統為骨干線路。全網容量為2X2M，分別為1個中心站、7個中繼站、27個外圍站。是目前管理處水量調度、防汛搶險、和業務聯系的主要通信手段，主要解決生產、行政、調度等話音通訊，系統容量過小，無法滿足灌區工程管理和自動化管理的需要，網絡改造和升級沒有價值。

2.2 部分泵站光纜通信系統

2008年，建設了管理處至黃河泵站、紅寺堡一、二、三泵站的155MSDH光纖通訊網絡，共鋪設光纜38.7km。其中，管理處至高干渠1＃分支點鋪設了24芯通訊光纜；從高干渠1＃分支點分別向黃河泵站和紅寺堡一泵站兩個方向鋪設了8芯通訊光纜；向紅寺堡一泵站方向光纜延伸至紅寺堡三泵站止。

2.3 泵站自動化控制系統

到2010年為止，相繼建設了管理處計算機局域網、光纜通信系統，以及黃河泵站、紅寺堡一至五泵站、新莊集一至四泵站等10座泵站機電設備的自動化控制系統。目前，實現了管理處與黃河泵站及紅寺堡一、二、三泵站自動化控制系統的互聯；限于通訊路由，紅寺堡四～五泵站、新莊集一～四泵站目前僅實現了由泵站控制室、現地控制單元構成的兩級站級自動化控制系統，沒有實現站間信息共享和調度中心遠程監控等功能。

受改造資金所限，雖然已經建設了黃河泵站、紅寺堡一至五泵站、新莊集一至四泵站等10座泵站機電設備的自動化控制系統，但各站控制系統只有一臺后臺機和一套LCU通過星形網絡結構實現對全站設備進行監視和控制，后臺機一旦出問題，就會對全站設備失去監控，系統的安全性、可靠性較低。另外，管理處還有新圈一支泵站、新圈二支泵站、海子塘一支泵站、海子塘二支泵站等4座支泵站沒有進行自動化系統改造，無法實現電氣參數、水位、壓力、機組工況等信息自動監控，泵站運行控制模式仍為老式盤控模式，機組控制仍采用的是常規的手動就地控制，采用指針式儀表顯示各電氣參量，無水測儀表。

2.4 遙視系統

管理處先后建設了黃河泵站、紅寺堡一、二、三泵站視頻監控系統，每站裝設有5個攝像頭，分別位于變電所、主廠房、高壓室、控制室及前池。

2.5 水位遙測系統

2007年管理處多方籌措資金，在主要大型泵站及輸水干渠試點建設了超聲波水位遙測站9個，分別為黃河泵站前池、紅寺堡1－3泵站前池、紅三干渠K9＋015測水橋、K9＋488節制閘閘前、K23＋202測水橋、K47＋850節制閘前及紅四泵站前池攔污柵前等。上述水位監測站點僅限于一些大型泵站前池和干渠主要控制斷面的水位監測，支渠的水位監測處于空白，給管理人員科學調度和適時配水帶來困難，配出去的水量無法及時掌控，缺乏灌區信息采集和加工的準確性和傳輸的時效性，影響了水量調度管理水平和灌區管理工作的健康發展。

2.6 辦公自動化系統

2009年，管理處為各泵站、管理所建設了Internet接入網絡，其中紅寺堡1～3泵站采用光纖網絡自管理處Internet網管接入，其余站點通過3G網卡接入，個別站點由于既無光纖網絡又無3G網絡信號而無法接入。Internet網絡的接入極大豐富了泵站職工的業余文化生活，使職工在了解時事資訊、獲取最新學習資料、業余文化娛樂等方面都有了便捷而全新的途徑。

3 工程建設內容

根據紅寺堡揚水灌區信息化建設現狀，結合灌區實際管理應用需求及資金投放、信息技術發展狀況、管理水平等客觀因素，按照"統一規劃、經濟實用、分步實施、穩步推進"的建設原則，在深入調查研究、科學論證的基礎上，確定寧夏紅寺堡揚水灌區信息化管理系統的建設內容為：

3.1 覆蓋全灌區的通信網絡系統建設

根據對各種通訊網絡系統建設方案的比對，第三種方案比較適合紅寺堡揚水灌區的實際狀況。通信網絡工程分SDH光纖通信網絡組建、無線AP網絡組建和GPRS無線接入網絡組建三項內容。由于先期未曾考慮下馬關泵站的介入，從高干渠1＃分支點向紅一泵站方向全部敷設為8芯直埋光纜，光纜容量嚴重不足。為此，建議在已經敷設光纜的骨干站點再敷設一條8芯光纜，在未敷設光纜的骨干站點敷設16芯光纜。由此光纜線路工程包括8芯直埋光纜敷設66.8km，16芯直埋光纜敷設62.6km，24芯直埋光纜敷設13.8km。在上述通訊路由的基礎上，對原有局域網進行擴充為622M SDH光纖通信網絡并對已建網絡進行完善，建成完整的紅寺堡揚水灌區綜合信息網。

3.2 水情監測系統建設

包括監測軟件以及紅寺堡揚水干、支渠水位信息采集點建設，在原有水位信息采集點的基礎上，擴充水位信息點84個；其中干渠斷面水位信息采集點10個，支渠斗口水位、流量信息采集點74個。

3.3 水閘閘門控制系統建設

建設12座水閘的閘門閉環控制系統及視頻監控系統；改造相關閘門的電動驅動裝置、閘位信號反饋與限位裝置、供電回路等設施，配備自動化及通訊元件，使其滿足無人值守遠程控制的要求，并配套建設閘室遠程視頻監控。

3.4 遙視系統建設

建設新莊集一～四泵站、紅寺堡四～五泵站、新圈一～二支泵站、海子塘一～二支泵站一支泵站等10座泵站及12座水閘閘室的遠程視頻監控系統，并將其與現有的紅寺堡一～三泵站遙視系統集成。有效實現全灌區各泵站前池、泵房、值班室、高壓室、變電所、水閘閘室、主要干渠斷面等的遠程可視化監控。

3.5 泵站自動化系統的完善和續建

完善目前已聯網運行的紅寺堡一～三泵站自動化系統，整合目前已單站運行的紅寺堡四～五泵站、新莊集一～四泵站自動化系統，新建新圈一～二支泵站、海子塘一～二支泵站等4座支泵站的自動化系統，使全灌區所屬各泵站均在同一平臺下運行，使管理處調度中心能實現對全灌區所屬各泵站的統一調度，提高系統的可用性和可靠性。

3.6 信息管理系統軟件建設

信息管理系統軟件建設包括泵站聯合調度管理系統軟件建設、灌區基礎數據庫軟件建設、灌溉管理信息系統建設等三部分的內容，并為上級管理機構的相關管理系統預留數據庫接口。

3.7 泵站、管理所互聯網絡接入

2009年，紅寺堡管理處為各泵站、管理所建設了INTERNET接入網絡，其中紅寺堡1－3泵站采用光纖網絡自管理處INTERNET網管接入，其余站點通過3G網卡接入，個別站點由于既無光纖網絡有無3G網絡信號而無法接入。INTERNET網絡的接入極大豐富了地處偏遠地區的各泵站員工的業余文化生活，使員工在了解時事資訊、獲取最新學習資料、業余文化娛樂等方面都有了便捷而全新的途徑。本期工程全灌區光纖網絡實施完成后，將為各泵站、管理所利用光纖網絡通過管理處的INTERNET網管接入互聯網絡提供可靠路由，不僅接入帶寬和速度能大幅提高，而且接入費用降低，便于管理處統一管理和維護。

3.8 辦公自動化系統建設

在覆蓋全灌區的通信網絡系統建設的基礎上，建設全灌區辦公自動化系統，辦公自動化系統支持協同辦公，通過有效的資源共享和信息交流、發布，達到優化管理流程、提高工作效率、降低勞動強度、節約寶貴的辦公經費、減少重復勞動的目的，從而實現企業的管理流程化、辦公無紙化、決策科學化。

4 管理經驗

紅寺堡揚水灌區信息化工程的建設，灌區信息化管理系統的建設，對克服灌區干旱缺水的現象、落實嚴格的水資源管理制度、施行節約用水、提高水利用率、提高工作效率及減輕工作強度等方面發揮積極的作用，體現在以下幾個方面：

（1）能實時掌握灌區水情，為灌區工程的正常運行提供了第一手資料。避免因洪水入渠、水位的陡漲陡落、干渠超警戒水位運行對渠堤工程造成負面影響。灌區信息系統的建成和應用，能實時掌握干渠各控制斷面的水位變化狀況，為調度員的科學調度提供依據，有利于減輕調度人員及水管人員的工作壓力和保障工程的防汛安全，能有效地防止因運行不當而導致意外事件的發生。

（2）能及時掌握灌區各支渠的配水情況、適時適量地保證供水需求。信息化技術應用后，對農作物的需水要求進行實時的信息采集，灌區水管人員根據農作物的需水要求進行適時適量的灌溉，能夠避免盲目地、超量灌溉現象的發生。

（3）灌區水管理信息化系統的建立應用，實現灌區水資源優化配置、優化調度、優化利用的水管理目標。

（4）由于我處干支渠長、斗口多，承擔分、配水任務重，在水位調節、水量測算、業務數據處理等方面均為傳統的人工操作，效率低，時效性差，測水精度不高。難以實時掌握灌溉進度、合理進行區間匹配和水資源配置，同時隨著寧夏生態移民項目的實施，灌區灌溉面積逐年增加，需用水矛盾日趨突顯。信息化系統的建立，有利提高了現代化管理水平、測量水精度、合理調配水資源、提高水利用率、增加供配用水管理透明度、推行水量公開化，減輕工作人員勞動強度。

總之，系統建成后，使管理處各職能機構及時掌握灌區的運行信息，為水資源的優化調配提供依據，并根據各斗口灌溉面積及種植作物情況實現灌溉管理信息的自動生成，以達到全面提高運行效益、顯著降低運行成本的目標，提高測水精度和時效性，減少水資源的浪費，建設節水節能型灌區，促進灌區綜合效益的提高。

1 水利部.《大型灌溉排水泵站信息化建設實施方案參考提綱》

2 《全國水利信息化規劃》.（水規計［2003］456號，2003年9月28日）

3 《水利水電工程通信設計技術規程》DL／T 5080－1997

4 《同步數字體系（SDH）光纜線路系統進網要求》

5 《光同步傳輸網技術體制》YDN099－1998

6 《同步數字系列（SDH）長途光纜傳輸工程設計規范》

7 《本地電話網局間中繼同步（SDH）光纜傳輸工程設計規范》8 《SDH網傳送同步網定時的方法》YDN123－1999

9 《程控電話交換設備安裝工程設計規范》YD 5076－98

10 《綜合交換機技術規范》YD／T1123－2001

11 《ISDN用戶－－網絡接口規范》YDN－034－199712《泵站設計規范》GB／T50265－97

13 《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》GB50062－92

14 《水電站計算機監控系統基本技術條件》DL／T578－95

15 《電力系統調度自動化設計技術規范》DL5003

16 《地區電網調度自動化設計技術規范》DL5002

17 《數據通信基本型控制規程》GB3453

18 《數據終端（DTE）和數據電路終端設備》GB3454

19 《網絡技術標準》IEEE802.3

20 《操作系統標準》GB23128

21 《工業控制計算機系統驗收大綱》JB／5234

22 《水力發電廠計算機監控系統設計規定》DL／5065－1996

23 《水力發電廠自動化設計規范》DL／5081－1997