哈密市石城子灌区信息化测报系统优化设计方案研究

孔祥峰

（哈密市石城子水系流域管理总站，新疆 哈密 839000）

石城子灌区经过多年的建设，已经取得了较好的节水和农业增产效益，促进了石城子灌区国民经济发展，使灌区的工农业用水得到了一定程度的改善。但整个灌区水资源调度管理的水平仍然比较粗放，用水浪费严重，灌溉水利用率十分低下，水资源时空分布不均造成的水资源短缺、水生态环境恶化的状况短时间内难以扭转，灌区水资源季节性供需不足的矛盾十分尖锐。在这样的形势面前，灌区必须创新思路，寻求新的发展和突破。深入推进信息化项目建设，以信息化带动灌区水管理工作的现代化［1]，促进生产方式的转变，实现从灌溉粗放型向节水型的转化，是深化灌区改革发展的有效途径，也是灌区信息化建设的必然需求。

1 已建信息化系统情况及存在的问题

石城子灌区续建配套与节水改造建设内容的实施，为主要骨干渠系的改造，信息化建设相对薄弱。建设的内容主要为石城子水库的安防、部分水情监测站及配套的数据采集软件、石城子渠首的自动化。与水利事业迅速发展的形势要求及信息技术日新月异的进步相比，灌区的信息化建设还有非常大的差距，存在一些急需解决的问题。

（1）水量在线监测点远远不足。根据实地调研，灌区已建的水位/流量监测点覆盖范围及密度有限，且建设已经历了十多年的时间，先后有不同的公司参与过项目建设，管理单位缺乏运行维护资金和专业人才，基础信息采集设备损毁严重。因此，加强并完善基础信息的采集、传输，远远不能满足对渠道水量进行在线监测的需求，需要对水位/流量监测点进行更新及补充完善。

（2）基础信息系统建设尚需完善和加强。由于受当时技术条件和投资渠道的限制，一些对灌区水管理工作非常有用的基础信息的采集，一些为实现水资源的科学管理与优化调度必须搭建的基础信息采集点在前期建设中未能列入。

（3）信息共享困难，未建立起统一的数据中心和应用平台。从专业融合角度来看，受到当时信息技术水平、投资渠道、工程建设进度等制约，信息化系统的各个业务系统基本采用独立、分期建设，各个专业系统存在条状化特点，业务比较分散、数据共享比较困难、维护管理比较复杂。灌区不能从全局上下进行管理。

（4）未建立起完善的灌区信息化标准体系和评测评估体系。由于缺乏完善的灌区信息化标准体系和评测评估体系，灌区信息系统的建设缺乏一致性和连贯性，导致系统之间很难共享。另外，信息化系统建设管理制度也需要进一步完善。

2 信息化测报系统优化建设

2.1 优化系统总体思路

哈密市石城子灌区信息化测报系统优化总体框架分为基础设施层、数据资源层、应用支撑层（应用支撑、服务支撑）、业务应用层（业务应用系统和移动应用系统）以及建设管理保证体系与运维管理保障体系。图1 描述了各层之间的相互逻辑关系及其内部的逻辑关系。

图1 系统总体框架图

2.2 优化系统基础设施建设

优化系统基础设施主要是建设自动化信息采集系统（图2），包括水库库水位监测、管道水情监测、渠道水情监测、水库上游降雨监测、视频监视和图像监视。监测通过GPRS、雷达水位计传输实时监测数据，监测数据统一传输至已建数据监测平台，通过水库库容曲线实时推算水库的蓄水量信息，按照统一的数据统计计算方式，计算库水位、蓄水量、统计数据。

视频信息通过自建光纤接入到石城子供水调度中心的网络硬盘录像机，再通过自建光纤传输到石城子水库渠首节点，在石城子水库渠首节点通过运营商专线传输到石城子水库管理站，再通过运营商专线传输到石城子水系流域管理总站。实现石城子水系流域管理总站、石城子水库管理站、石城子供水调度中心均可观看已建视频图像。

图2 灌区自动化信息采集系统

2.3 优化信息化软件系统

2.3.1 数据库的建设

参照相应数据库建设标准，建设石城子灌区基础信息数据子库，主要包括基础信息数据子库、综合业务数据子库、地理空间基础数据子库。

（1）基础信息数据子库。建设基础信息数据子库，实现对石城子灌区水库、渠首、渠道、水闸和水情监测站点等基础信息的存储与管理。

（2）综合业务数据子库。建设综合业务数据子库，实现对石城子灌区农作物种植情况、年用水计划、配水计划、水库蓄水、渠道放水、用水户需水、实际用水及应收水费等业务数据的存储与管理。

（3）地理空间基础数据子库。建设地理空间基础数据子库，在哈密水利数据库基础上，补充完善石城子灌区地理空间基础信息，实现对数据的存储和管理。地理空间基础数据子库主要内容：石城子水系河流基础要素、灌区水利工程、灌区输水工程、灌区量水设施、管理机构等数据。

石城子灌区基础信息、地理空间基础数据和历史业务资料，完成数据的入库，可为哈密市石城子灌区信息化测报系统的运行提供本地数据。

2.3.2 优化应用系统

应用系统着力于灌区水情测报和预警预报、水资源管理和配水调度、灌区工程基础信息管理，以及综合监管灌区农业、城市生活用水、工业等各类用水情况的综合应用系统。基于灌区三维数字平台实现水流演进及影响范围分析模拟，通过水情监视预警、水资源调度情势分析和配水调度管理等功能，为灌区防汛预警、水资源调度管理等工作提供决策支持，提升灌区水资源精细化调配水平，从而推进石城子灌区水资源的高效利用。实现与已建应用系统的集成整合，提升与哈密市水利局之间监管协同、业务协同、治理协同的信息化支撑能力。应用系统结构见图3。

图3 应用系统功能结构图

（1）水资源管理与调度系统。水资源管理与调度系统主要服务于石城子灌区水资源管理与配水调度工作，充分利用已建信息化成果，提供灌区农作物种植情况、水库水情、渠道水情、用水户需水量和实际配水量等信息的录入功能，完成水情资料整编、用水量统计、应收水费计算，实现对石城子灌区的水情监视预警、水量调度情势分析、计划执行情况以及用水户需水、用水和水费征收的统计对比。

（2）灌区三维数字平台。基于石城子灌区三维建模成果，在灌区三维数字平台中，提供三维地形场景展示，用户可用不同的视角，立体、直观、全面地查看石城子范围内地形地貌的分布情况。提供地图工具箱，用户可在三维地图上进行裁剪、三维分析、测量等操作。同时，基于石城子灌区工程基础信息，在三维地图上实现对水库、渠首、渠道等建筑物的标注，提供电子沙盘功能。基于灌区三维数字平台，实现水流演进及影响范围分析模拟，为灌区水资源管理工作提供决策支持。该平台包括三维交互展示、三维GIS 分析、三维在线监视和三维态势分析功能模块。

（3）工程信息管理系统。工程信息管理系统主要对灌区内基础设施的工程属性进行管理，实现全灌区范围内主要水利工程信息的收集、整理、存储、查询及更新。重点实现灌区主要干支渠（北干渠、青年渠、团结渠、友谊渠）及干支渠上重要测点、闸门、水库等水利工程信息的管理，方便灌区管理人员了解灌区内各水利工程的基本情况及运行状况。

（4）移动应用系统。移动应用系统主要服务于石城子水系各配水节点水情和巡检信息的上报、查询等工作，实现人员定位和在岗情况登记功能，同时为各用水单位提供相关配水节点水情信息的查询功能，为石城子水系日常管理工作提供信息化平台。

3 结语

随着科技的不断进步，灌区测报系统信息化是未来的趋势。本文在分析目前哈密市石城子灌区已建信息化系统情况及存在的问题的基础上，对灌区信息化测报系统进行优化方案设计，提出优化系统基础设施建设和优化信息化软件系统的措施，全面提升灌区现代化管理水平，加速推进从传统水利向现代水利、可持续发展水利的历史性跨越。以中央和自治区关于水利工作的精神为指针，立足新时期灌区水利工作面临的新形势、新要求，建设实用、先进的灌区信息化系统，切实提升石城子灌区水情监测预警能力和水资源精细化管理水平。