袁北灌區信息化系統總體方案設計

顏安耀

（江西省袁北灌區管理局，江西 宜春 336000）

0 引言

水利是農業的命脈，國民經濟的基礎，而大型灌區可為農業規模化生產提供基礎條件。灌區信息化，是實現灌區管理數字化、網絡化和規范化的必由之路，是提高灌區管理水平，優化水資源配置的重要途徑，也是借助信息渠道完善灌區現代化管理的必要手段[1]。結合大型灌區續建配套與節水改造項目的實施，主要對袁北灌區信息化建設方案進行探析。

1 灌區概況

袁北灌區位于江西省宜春市西偏北部，贛江支流袁河北岸。灌區處于丘陵地區，地形起伏，地勢西北高東南低，區域內屬構造剝蝕低山丘陵地形，山脊一般呈梳菁狀，山頂較圓滑，山坡坡度一般15°～40°，溝谷不甚發育。灌區東西長約62 km，南北寬約37 km，灌區總土地面積215.58萬畝，總耕地面積42.24萬畝（其中水田面積34.36萬畝，旱地面積7.88萬畝），山地面積120.58萬畝，果園面積5.46萬畝。

2 袁北灌區信息化建設目標及設計原則

2.1 建設目標

袁北灌區信息化建設的總體目標為：全面、完整、協調的信息化綜合體系，基本實現灌區的數字化。灌區可按照5大模塊系統設計信息化管理平臺，為合理有效地利用水資源提供了技術支撐。

2.2 設計原則

為保障設計方案的指導性和可操作性，并能在建設期內保持相對穩定，建成一套先進、可靠、實用、高效、經濟的信息化管理系統，灌區信息化建設遵循以下原則：①統一性和分布性；②經濟性和實用性；③先進性和靈活性；④開放性和可擴展性；⑤安全性和可靠性。

3 信息化系統設計方案

袁北灌區信息化建設分為信息采集與傳輸、數據資源、計算機網絡、信息中心、灌區業務應用等五大系統，包括維護系統運行的應用平臺和保障環境，其中信息采集共6處6點。總體框架見圖1。

圖1 袁北灌區信息化系統總體框架

3.1 信息采集與運輸

信息采集以灌區水情信息系統中渠道水位-流量監測為例，說明其設計方案。

3.1.1 渠道水位-流量監測系統組成

渠道水位-流量監測系統包括遙測站、信息傳輸和中心站三部分。渠道流量監測采用“測量、采集、無線傳輸”一體化功能的遙測終端，通過GSM/GPRS網絡方式實時傳輸到灌區信息中心。渠道流量根據采集的渠道水位數據，通過水位-流量關系換算出流量。監測站框架結構見圖2。

圖2 渠道水位監測框架結構

3.1.2 系統結構

渠道水位－流量監測由現場設備和接收端設備組成。現場設備包括：RTU（HY-301型智能4G全網通RTU，干支渠各設置2臺）、水位計（美國OTT/Hydromet，干支渠各設置2臺）、通信單元和供電單元。中心站包括：通信前置機、數據庫服務器和安裝采集接收及數據處理軟件。監測站現場RTU定時采集水位信息，通過傳輸單元傳送到灌區管理信息中心，由通信控制機直接轉發或暫存后轉發到數據庫服務器中存儲，灌區管理所實現數據分析、統計、查詢。數據流程圖見圖3。

圖3 渠道水位監測數據流程圖

3.1.3 水位-流量計算

渠道水位采集共8處，根據采集的渠道水位數據，采用明渠均勻流公式。計算公式為見下式：

式中：Q為流量，m3/s；W為過水斷面面積；C為謝才系數；R為水力半徑；i為渠道縱坡。

3.2 計算機網絡

計算網絡與通信是信息交換和通訊平臺，可實現數據、視頻等各種信息的共享與傳輸。計算機網絡系統與灌區管理局信息交流的機構和單位聯系在一起，建設內容包括灌區管理局和灌溉片區分中心局域網，管理局與水利專網相互連接。

3.2.1 網絡層次結構

袁北灌區整個網絡結構模型分樹形結構。傳輸及網絡系統建設灌區內信息傳輸、信息交換和信息存儲的網絡平臺。

（1）一級骨干網

以袁北灌區管理局為中心節點，連接轄區飛劍潭水庫管理局、酌江水庫管理局、沙江水庫管理局，為數據、視頻、語音提供網絡傳輸通道。

（2）二級支網

以一級骨干網的各個管理中心為節點，建設連接各水閘節點的支網。

（3）信息采集網傳輸通道

采用有線光纖，公網資源新建水情和流量自動遙測采集點（站）的信息傳送通道。

3.2.2 廣域網絡建設

袁北灌區計算機網絡的拓撲結構采用中心（袁北灌區管理局）—管理分中心（水庫管理分局）－閘站輻射性的樹形拓撲。

（1）沙江和酌江分中心與灌區管理局網絡采用虛擬專用網絡（VPN）實現。

（2）袁北灌區管理局通過MSTP方式接入省防汛網絡與宜春市防辦、省廳連接。

（3）飛劍潭大型水庫已經與省水利防汛網連接，網絡狀況不變。

袁北灌區計算機網絡系統結構見圖4。

圖4 袁北灌區網絡結構

3.3 數據資源

袁北灌區數據資源主要包括水情數據庫、閘控數據庫、工情數據庫，水費計收數據庫，灌區基礎數據庫、日常事物辦公數據庫以及空間屬性數據庫等。

綜合數據庫結構見圖5。

圖5 綜合數據庫系統構成

3.3.1 水情數據庫

水情數據庫建設內容主要包括渠道水位-流量和監測站基本信息、水位統計信息等基本數據。數據存儲格式以數字、字符格式。

3.3.2 閘控數據庫

閘控數據庫建設內容為閘控站基本信息，閘門開啟情況等實時監控信息，數據存儲格式以字符、數字為主。

3.3.3 工情數據庫

工情數據庫儲存的數據主要是更新周期較長的特征數據和能夠反映灌區工程特性的靜態圖像、聲音等，此類數據往往需要人工輸入完成。

3.3.4 日常事務辦公管理數據庫

日常辦公管理數據庫主要涵蓋灌區管理機構的資源情況，包括經濟、人事檔案、財務以及調度情況表和工程建設概況。

3.3.5 水費計收數據庫

主要收集和儲存灌區各用水戶的水費收繳情況。

3.3.6 灌區基礎數據庫

灌區基礎數據庫主要存儲監控站、橋梁、建筑設施、渠道、河流、房屋、人口、耕地、財產信息、公共設施和治河工程等相關信息。

3.3.7 空間屬性數據庫

基于級別和類型的細化分層，空間屬性數據庫的建設根據具體業務，分別列出不同的工程屬性。專題圖層主要將地圖基本要素與水利專業鏈接，為其他業務提供所需的基礎信息。

3.4 灌區業務應用

袁北灌區業務應用系統的建設應充分考慮灌區自身信息基礎設施的條件與狀況、管理工作的需求、灌區管理體制、運行機制及人員素質等多種因素。因此袁北灌區管理應用系統按照功能劃分，采取分期建設，業務應用系統隨著灌區管理工作的不斷深化，做到開發一個、應用一個，充分發揮其效益。

3.4.1 建設內容

袁北灌區信息化應用系統建設包括：①信息實時監測與服務；②灌區用水管理；③灌區工程管理；④灌區政務網站。

3.4.2 應用系統框架

業務應用系統主要涵蓋用水管理、工程設施管理、基礎信息服務管理、水費征收管理和辦公自動化控制。數據庫管理系統提供應用系統數據信息存儲與管理，地理信息系統提供空間可視化的查詢、展示和分析。系統組成結構見圖6。

3.5 信息中心

信息中心是一個集數據采集、遠程控制、圖像與數據通信、調度決策為一體的智能系統，是數據中心，也是控制中心，可實現灌內的數據匯聚、決策調度及閘站的遠程控制和監視。信息中心按照功能區域劃分可分為監控室、調度會商室和機房三部分，以及硬件運行環境。

袁北灌區管理局信息中心建設包括調度會商室（含監控室）、飛劍潭水庫管理局分中心建設調度會商室（含監控室）和機房、酌江水庫管理局分中心建設機房、沙江水庫管理局分中心建設機房。

圖6 系統組成結構

4 結語

為提高袁北灌區整體的建設水平和管理能力，利用節水改造項目的實施，將灌區信息化建設作為大型灌區續建配套與節水改造項目建設的重要組成部分，可有效提升管理灌區水資源管理水平，同時信息化系統可為灌區管理部門提供有效的信息來源，為科學決策灌區的運行調度提供技術支撐。