双牌灌区信息化建设与应用

周文彬 魏德雄 文建主

（双牌水库管理局 永州市 425100）

双牌灌区位于湖南省南部，设计灌溉永州市的双牌、零陵、冷水滩和祁阳共四县区的2.17万hm2（32.5万亩）农田，受益人口近40万。灌区工程自1966年建成运行以来，灌区农田从根本上改善了灌溉条件。

1997年，双牌灌区在编制灌区续建配套与节水改造规划时，将灌区水管理测控系统的建设列入了规划的建设内容，2002年，双牌灌区被列为全国灌区水管理信息化建设试点灌区。到目前为止，双牌灌区结合灌区续建配套与节水改造项目的建设，基本建成了覆盖全灌区的水管理信息系统。

1 灌区信息化建设情况

双牌灌区信息化系统于1997年开始设计施工，1999年5月进行调试运行，到目前，已有近15年的建设时间，系统共投入约850万元。其中：土建投资为320万元，设备投资为500万元，管理软件为30万元。

双牌灌区信息化系统主要指灌区水管理信息系统，是由信息中心、信息分中心和现场测控点三部分组成：信息中心设在局机关，有多功能控制台1组，配置有：服务器1台，测控微机1台，视频服务器台，视频接收显示器台，监控软件和管理软件各1套，pc104工控微机1台和接收发射装置。

信息分中心分别是渠首、菱角塘、伊塘和清水塘4处信息分中心。每处信息分中心的配置有：多功能控制柜1个，服务器1台，监控软件和管理软件各1套，pc104工控微机1台和接收发射装置。分别负责管理双牌、零陵、冷水滩、祁阳4县区灌区内的水管理信息。

现场测控点由水情遥测点、雨情遥测点、闸门控制点、工情视频观测点共四部分组成：

水情遥测点：水位遥测点10处、闸前水位24处、闸后水位13处、读卡式水位计2处、电磁流量计4处。

雨情遥测点：雨量遥测站9处、自动气象站1处。

闸门控制点：渠首进水闸1处、干渠泄洪闸9处、干渠节制闸4处、支渠进水闸13处、支渠分水闸1处。其中：交流远动控制闸7处、交流遥控闸4处、太阳能遥控闸15处。

工情视频观测点：2处。

系统共有110个传感器，其中水位传感器49个，闸位传感器33个，雨量传感器9个，电磁流量计传感器4个，气象传感器15个。

2 灌区信息化实现的主要功能

2.1 灌区信息中心

灌区信息中心是灌区用水管理监控和调度的中心。直接监控灌区主要控制点水位、闸位，可直接遥控灌区主要测控点的闸门，接收灌区所有测控点数据，指导信息分中心对灌区用水进行调度。

2.2 信息分中心

全灌区现已建成渠首、菱角塘、伊塘、清水塘4个信息分中心。它们分别位于双牌县、零陵区、冷水滩区、祁阳县，分别管理所在县区的信息化站点，采集、接收并发送所在县区范围内的水位、雨量和闸位信息，控制所在县区的主要节制闸、泄洪闸和分水闸。

2.3 现场测控点的主要功能

2.3.1 雨情遥测点（包括地球气象站和雨量遥测点）

地球气象站建在永州灌溉试验站，通过气象传感器，能自动接收大气压、温度、湿度、地温、风速、风向、雨量、蒸发、总辐射、净辐射、日照；通过数据采集器将所采集的降水、气温、气压、湿度、风速、风向等数据经计算机处理后生成各种气象资料报表，传输到信息中心。

雨量遥测点已建成9个，均为无人值守。雨量遥测点将采集到的雨量数据通过单片机和短信模块处理，经GSM公网以短信方式发送到信息中心。当降雨量变化达到1 mm时，能立即发送数据。

2.3.2 水情遥测点

将采集到的水（闸）位数据，发送到信息中心和信息分中心，当水（闸）位有1 cm变化时，能在5 min内发送数据，当水（闸）位变化大于或等于2 cm时，能立即发送数据。

2.3.3 闸门控制点

包括太阳能遥控闸、交流遥控闸、交流远动控制闸3类。

太阳能遥控闸与交流遥控闸的功能主要是接收信息中心或信息分中心命令对闸门进行遥控，并及时采集闸门运行状态、闸位变化和闸前水位数据，发送到信息中心和信息分中心。

交流远动控制闸可对闸门实行远程控制，并及时采集闸门运行状态、闸位变化及闸前水位数据，发送到信息分中心和信息中心。

2.3.4 工情视频观测点

现已建成2处，位于渠首大坝引水闸上，用于监测渠首石渠河岸情况监测及引水闸工作情况监测。视频信号通过无线扩频（CAN0PY）系统经中继传输到信息中心。

3 灌区信息化应用效果

双牌灌区信息系统运行以来，在确保灌区工程的安全渡汛和农田抗旱、搞好科学管理、计划用水和节约用水、改善工作环境等方面产生了良好的作用，推动了灌区改革。

（1）汛情准确，工程渡汛有保证。

双牌灌区地处湘南丘陵地带，大部分干渠傍山开挖，集雨面积大，入渠径流大。发生暴雨时，往往是风雨交加，电闪雷鸣，再加上渠线长、降雨时空差异大，人工方法观测和监视渠道水位变化十分困难，一遇暴雨，便经常出现渠内洪水骤涨骤落，瞬时超越设计洪水位，甚至漫堤，并因此而导致山体滑坡崩塌、渠堤决口等事故，抢修费用在100万元以上。近几年，由于水管理信息系统的运行，水情被实时掌握，及时调度泄洪，确保了工程安全渡汛，平均每年防汛抢险费用在50万元以下。

（2）调度及时，农田抗旱有措施。

抗旱的实质，就是严格按配水计划供水。以前，双牌灌区在旱情紧张时，由于对水情不能及时掌握，计划用水措施难以实施，经常出现“上游大水漫灌，中游堵渠抢水，下游无水干旱”的状况。灌区水管理信息化系统运行以来，计划供水得到了较好的落实，即使出现特大干旱旱情，系统也会将旱情信息及时提供给局主要领导和调度人员，使抗旱决策的命令及时下达，再加上对主要节制闸及分水闸实施遥控，使计划用水得到保证，确保到尾灌区的日平均流量达到设计流量，确保了尾灌区农田抗旱保丰收，实现了全灌区均衡受益。

（3）计量准确，用水户权益有保障。

传统的量水方法是利用实测的水位～流量关系曲线进行查读，这样，水位观测值及实测流量的准确度直接影响到水量计量的准确性。并且，水位观测值的准确度在5 mm左右。应用灌区水管理信息化系统对水位进行实时监测以后，水位值的分辨率达到1 mm，大大提高了水位观测值的准确度，再加上对重点分水口安装了电磁流量计，计量的准确度大大提高。同时，随着按方计费方式的推行，灌区可以实现多用水多交费，少用水少交费，真正确保了用水户的权益。

（4）环境改善，工作效率明显提高。

灌区水管理信息系统运行以来，对水位、闸位实行了遥测，对闸门实行了远控或遥控，由原来的现场观测水位变为室内遥测水位，由原来的现场人工操作闸门变为室内遥控闸门。大大改善了管理人员的工作环境，减轻了劳动强度，提高了工作效率，节约了管理费用，工作效率显著提高。

（5）用水节约，综合效益十分显著。

在灌区信息化建设时，将原来的钢筋混凝土闸门改建为平板钢闸门，每年可减少了闸门的漏水损失约100万m3，同时，闸门的启闭运行时段缩短为原来人工操作时间的1/20，据测算，在运行期间，每启闭一次泄洪闸，可减少水量损失1万m3，仅此一项，全灌区每年可减少水量损失超过40万m3。另外，可避免盲目泄洪，每年还可利用降雨来水蓄水超过100万m3，这样，减少的损失水量与增加的蓄水水量累计超过240万m3，可恢复或发展灌溉面积0.6万亩，综合效益十分显著。

灌区实行了信息化管理，工程运行安全可靠，防汛抗旱有了保障，管理人员工作环境得到改善，工作效率得到提高，管理人员大大减少，管理费用有效控制，综合效益十分明显，所有这一切，为灌区综合改革的稳步推进提供了良好的条件。

4 灌区水管理信息化系统存在的主要问题

双牌灌区水管理信息化系统投入运行以来，在工程运行管理中发挥了较大作用，但由于是一项试点工作，也还存在一些有待改进的地方，主要有：

（1）系统设备质量不规范。国家在灌区信息化系统设备质量方面还没有统一的标准与规范，这样，灌区信息化设计与安装公司在设计与购买设备时就没有统一的标准与规范可供执行。同样，业主在施工管理与验收时也没有国家标准进行检验与验收。

（2）软件有待进一步完善。现在双牌灌区的管理软件与灌区的用水管理结合得尚不够紧密。

（3）系统功能还有待改进。目前，只能进行单纯的水情监测，还不具备灌区水管理的工情监测、水环境监测、水情预报、水资源优化配置等方面的功能。

（4）设备防雷技术有待提高。设备被雷击的现象时有发生，设备防潮问题处理也不到位，导致线路接口卤化和部分元器件被损坏的现象也比较严重。

5 发展灌区信息化的几点建议

（1）国家在编制《渠道防渗工程技术规范》时要加上有关灌区信息化建设与管理的条文。

（2）加大对已建信息系统的技术改造力度。解决目前系统存在的耗能过大、数据接收不及时、设备运行不稳定、与电信等公共网络的兼容性能以及设备防雷性能差等问题。

（3）加大对新技术开发利用的力度。比如：系统通信、视频信号无线传输等方面。

（4）要引进一些高端人才参与灌区信息化系统软件编写。同时，编写人员要多到灌区现场，多了解实际情况，多接触一些实际问题。

（5）对灌区信息化设备管理人员的培训要经常化。系统要求高素质的维修及操作人员，管理维护工作也是一个复杂的系统工程，要加大对系统管理、操作人员的专业培训。