灌区管理标准化信息系统设计研究

刘 芳

(灯塔市水利灌溉服务中心，辽宁 辽阳 111300)

0 引 言

水利工程是推动经济发展的基础设施，也是保障国家粮食安全和农业发展的基础产业，而灌区是促进农业发展的必要条件[1]。大型灌区担负着改善生态环境和城乡生活的重要任务，对实现农村与农业经济增长发挥着巨大作用，这也是各类农产品重要的生产基地[2]。中国对自动化控制农业灌区的技术研究最早起始于1950s，受施工经验、历史条件、成本资金、建设标准等条件限制，灌区整体质量较差且多处未达到设计标准，经过长期的运行绝大部分工程存在用水损失严重、水利设施老化、原配套程度低、工程标准偏低、渠系淤积等问题，加之运行管理不善进一步加速了灌区的老化失修，灌区管理自动化水平较低[3]。近年来，随着水利信息化水平随计算机技术的快速发展得以明显提升，然而灌区信息化仍存在信息孤岛严重、缺少规范统一的接口和资金投入不足等问题。为彻底转变灌区重建设、轻管理的现状，水利标准化管理明确提出了通过信息化建设提高灌区整体效益和管理水平，由此实现水资源配置、水雨情、灌区工程的信息化管理。

1 灌区管理标准化系统设计

1.1 信息化设计原则

根据灌区的实际需求、现状情况以及水利信息化建设总体设计方案，遵循实用性、可靠性、标准化和开放性等原则建设信息化系统。

1.1.1 开放性

灌区管理系统建设应遵循统一开放性原则，通过对系统的标准化、模块化、结构化处理，满足县级管理处、调度中心及上级管理部门实时调用各类信息的需求。

1.1.2 可靠性

灌区工程大多建设于偏远山区，这些地区的网络信号较差且信息传输效率低，因此要确保突发事件情况下信息的传输畅通，保证系统的运转正常。

1.1.3 实用性

灌区标准化管理系统建设应考虑系统的可操作性和实用性，切实保证上级考核目标的实现，充分利用现有资源满足灌区实际需要，科学设计系统模块防止出现重复建设的情况。

1.1.4 标准化

为了形成一个有机的灌区管理整体，各分系统建设过程中还要遵循统一标准化原则，结合实际需求集成各类模块建设管理系统。

1.2 系统总体框架

灌区信息化系统建设主要有数据层、采集层、用户层和系统层，以规范化标准体系及稳定运行的环境为保障，为灌区管理提供科学指导，总体框架如图1。

图1 灌区管理系统的总体框架

1.2.1 用户层

系统的使用者组成用户层，并给用户层按照不同的需求和工作内容分配相应的权限，一般划分为工作人员、决策者和管理员等角色，系统分析各类需求与角色特性。

1.2.2 业务系统层

业务系统层处于系统的上层，其主要功能为管理人员提供各类服务，包括系统管理、报表统计、运行管理、组织管理和主页等内容。采用B/S结构的系统层覆盖灌区管理的全部内容，将Web GIS网络浏览器应用模式与多层次可视化空间图形操作界面相耦合，利用业务应用和综合服务功能达到灌区标准化管理要求。

1.2.3 数据层

由数据中心管理与存储系统数据，由此实现数据的维护、存储、编码、组织和分类，包括各种应用数据库及数据库系统。其中，数据库的查找、更新、修改、删除、增添等操作利用数据层实现，以运行管理规范与数据建设标准为基础，全局考虑服务和存储的内容，以存储层构建规范、统一的数据标准，并结合具体的业务采用服务层完成相应的设计，保证数据设计的稳定性、实用性和有效性，为维持良好稳定的系统运行环境创造有利条件。

1.2.4 采集层

采集层具有信息的传输与采集两大功能，即传输网络和数据采集功能模块，该层为组成系统的核心与基础。其中，数据采集涉及视频信息、工情信息、水雨情信息的采集，它是数据中心的主要信息来源，而传输网络提供路由、网关、防火墙、计算机、服务器等支持系统运行的网络环境及各种硬件。

2 管理系统实现技术

2.1 事项流程的控制

在系统中体现每个管理事项的操作流程为实现管理系统事项操作流程化的关键，充分考虑管理手册相关要求流转相应的流程。其中，流程的控制与流转利用软件系统来实现，以网络中传输的信息流替代管理手册的具体要求，通过纪录流转过程及规范事项处理流程，达到自动生成台账、边界管理、留痕操作的目标。

2.1.1 日常检查处理流程

按照防修并重、经常养护、及时检查的原则，利用雇佣关系和专业的养护维修队伍做好灌区工程的日常检查工作。灌区管理范围内的隧洞、渠系建筑物、渠道和渠首工程等为日常检查的主要对象，进一步分为渠堤顶、渠道内外坡、节制闸等各类建筑物，以及保护范围和渠道管理范围内的违章建筑物、环境卫生等各种状况。

必须严格按照相关规定完成日常检查，巡查纪录要及时填写，并向工程技术管理科于每月月初上交汇总后的纪录，利用巡查手机实时上传巡查轨迹。工程巡查岗要及时上报发现的异常情况或安全隐患，对于瞒报、漏报、延报并产生不良后果的按有关规定处理。巡查过程中发现紧急问题时可现行采取果断措施，巡查岗位人员及时汇报情况，最大程度的降低可能产生的损失。根据工程问题的严重程度水安全保卫科和工程技术管理科，对上报的问题实施相应的处理措施，情况紧急时还要启动应急方案，同时上报管理部门，详细流程如图2。

图2 灌区管理日常检查流程

2.1.2 定期检查

每年灌溉期前后实施的全面定期检查，可保证工程的维修养护和灌区的安全供水，按照日常检查规范确定检查的路线、内容和范围。工程技术人员原则上要参与定期检查，灌溉期前后至少各检查一次并归档、整理有关资料，为改善灌区环境还要及时养护灌区各项机械设备。此外，充分考虑灌区渠道、水工建筑物实际情况，合理制定标段养护计划和管护进度，在规定时间内保证管护和检查工作的按时完成，切实提高工程养护质量；对水工建筑物实行定期检查，及时上报发现的问题并给出合理的解决方案，保证行水期内渠道的安全；加强行水期内的渠道管理提高灌区用水效率，确保用水秩序和灌溉工作有序进行。通过对水利设施利用简单的工具检查、修补以及实行专养、勤养，最大限度的延长工程使用年限和消除安全隐患。

2.1.3 特别检查

针对受特大暴雨、极端气温、有感地震等可能引起安全隐患的情况，或者灌区出现险情的条件要实施特别检查。检查前向上级主管单位上报检查计划，具体的组织实施一般由管理局领导负责；检查时邀请上级主管部门安排专员和工程管理技术人员参加，也可结合实际情况对灌区工程委托专业检测机构实施安全鉴定；检查后及时完成检查报告的编写以及局领导的审核，并上报备案，详见图3。

图3 灌区管理特别检查流程

2.1.4 维修养护

全面清理影响灌区正常供水的渠道垃圾、渠坡杂草、渠底淤积等属于养护工作的主要内容，对于存在的各类破坏或损坏应及时消除，由此改善灌区水利设施原有状况，经维修养护确保工程的正常运用和完整。此外，年度维修、日常维修和养护为构成维修养护的三种常见类型。

2.1.5 档案管理

通过规范档案管理明确工程信息，通过绘制水利设施分布图以及工程信息登记造册，并且要求管理岗及时归档、管理、收集各类资料，向管理岗人员与档案负责人按要求移交相关资料，档案管理工作由办公室统一负责。

2.2 闸门智能化调度的实现

2.2.1 远程控制

现地单元为实现闸门远程控制的基础，其中现地单元有供电系统、网络传输系统、视频枪机、闸前雷达水位计、控制电气元器件、现场控制PLC、主令闸位计、闸门开度仪等。当前，比较常用的控制方式有系统远程控制、现地遥控控制、现地手动控制。

根据数位模拟量和开关数据实施远程控制，其完成信息采集的途径为运城采集，利用网络技术将数据主动输送至集控中心。水闸现场的实时情况利用集控中心计算机完成监测，闸门开关的远程控制还要考虑实际情况。在闸门开度仪大于限值或电机过载的情况下，系统自带的安全限位功能自动关闭以保护启闭平台、螺杆和电机。

2.2.2 智能化调度

根据不同的需求、时间、区域用户制定相应的灌溉方案，科学利用调度模型自动决定闸门的开度、时长、时间以及是否关闭或开启等，该过程即为灌区的职能调度。通过系统远程调度将运行结果反馈至用户，自主完成灌溉任务以及提供辅助决策数据，其关键技术主要有以下内容：①依据水动力学调度模型数据中心完成运算和调度预案设计，然后利用指令将预案下发终端、终端开闭闸门实现水资源调度。②红色、黄色和蓝色为调度预案的三种类型，其中系统自动开闭闸群无人值守程序(蓝色预案系统)；系统向各级负责人发送预案，经审批实施闸群操作(黄色预案)；未及时审批红色预案，系统向开发方相关人员以及所有子系统紧急发送有关信息，为紧急情况的人工干预处理提供科学指导。

3 结 论

灌区管理标准化系统是监督考核水利标准化和全过程动态管理的有效方法，也是验收工程管理的重要环节。灌区管理标准化以信息化为内在驱动力，由此实现监测信息和工程台账信息的全面监管，为管理单位的日常管理和灌区工程的正常运行提供服务，对建设美丽乡村、强监管、保安全的灌区发挥着重要作用。