浅析引调水工程信息化系统通信传输方式

2021-08-20李超峰周怡

四川水利 2021年3期

李超峰，周怡

(四川省水利水电勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

通信传输系统作为引调水工程的各项业务开展的基础网，主要为本工程各级管理机构、闸站、泵站、水库及其他系统之间的语音、数据、视频等各种信息提供高速可靠的传输通道[1-2]。通信系统工程主要包含通信传输系统、光缆线路工程、程控交换等方面[3-4]，通信传输方式将会是信息化工程首要面临解决的问题。本文以向家坝灌区一期工程为案例，探析引调水工程信息化系统通信传输方式，即光纤工程采用租赁公网或架设专网的深入分析。

1 引调水工程信息化系统通信传输方式的概念

查阅相关资料，关于引调水工程至今没有一个明确的定义，笔者认为就是“把水从水资源丰富的地区引流、调剂、补充到缺水地区，沿途所修建的水渠、涵洞、渡槽、提灌站等一系列水利工程”。而水利自动化是指充分利用现代信息技术，深入开发和利用水利信息资源，实现水利信息的采集、输送、存储、处理和服务的现代化，全面提升水利事业活动效率和效能的过程[5]。通信传输指通过介质的传输实现由一地向另一地进行信息的传输与交换[6]。为了更好地理解引调水工程信息化系统通信传输方式，本文以向家坝灌区一期一步工程为案例进行展开分析。

2 向家坝灌区一期一步工程项目概况

向家坝灌区一期工程涉及四川省宜宾、泸州、自贡和内江四市，开发任务为农业灌溉、城乡生活及工业供水。一期工程设计灌溉面积13.238万hm2，设计水平年2030年一期灌区多年平均引水量8.47亿m3，其中供给县城和乡镇生产生活用水3.26亿m3，供给农业灌溉和农村人畜生活用水5.21亿m3。

根据水利部《水利工程设计概(估)算编制规定》(水总〔2002〕116号)，水利工程按照工程性质划分为两大类：(1)枢纽工程：水库、水电站、其他大型独立建筑物；(2)引水工程及河道工程：供水工程、灌溉工程、河湖整治工程、提防工程。向家坝属于引水工程中的灌溉工程。

工程实现灌溉面积3.418万hm2，其中宜宾市1.475万hm2、自贡市1.943万hm2。可供宜宾县城、屏山县城、富顺县城、内江市城区、自贡市城区和26.99万人的乡镇供水，北总干渠渠首供水量3.74亿m3，骨干工程末端供水3.37亿m3，其中骨干工程末端向灌溉、城市、乡镇和农村供水分别为1.01亿m3、1.93亿m3、0.37亿m3和0.05亿m3。骨干工程末端向宜宾、自贡、内江三市供水量分别为1.15亿m3、1.35亿m3、0.87亿m3。

3 向家坝灌区一期一步通信方式

3.1 管理机构配置

向家坝灌区工程根据大型灌区机构设置要求，设立四川省向家坝灌区建设开发有限责任公司，公司总部设于宜宾市主城区；在一期工程范围内共设立4个工程管理地市分公司(分别是宜宾公司、自贡公司、泸州公司、内江公司)，分公司驻地分别设于宜宾市、自贡市、泸州市、内江市主城区内；分公司下设11个管理站，驻地分别设于宜宾县、翠屏区、屏山县、江安县、南溪县、江阳区、富顺县、沿滩区、大安区、隆昌县、内江市中区等11个区县的城区。水利自动化和通信系统从地理结构上分为管理中心、管理分中心和管理站。管理中心在公司总部，管理分中心分别设立在4个工程管理地市分公司内。本工程机构配置见图1。

图1 向家坝灌区一期一步通信系统传输拓扑

向家坝灌区一期一步工程涉及1个管理中心和3个管理分中心(分别是宜宾市、自贡市、内江市)，管理中心地点定于宜宾市翠屏新区，自贡管理分中心地点暂定于自贡市沿滩区，内江管理分中心地点暂定于内江市高新区。7个管理所(分别是宜宾市的宜宾县、屏山县、翠屏区，自贡市的沿滩区、大安区、富顺县，内江市的市中区，合计3个市的7个县(区))。

3.2 通信传输系统基本情况

通信系统主要包括：通信传输、光缆线路工程、程控交换等。通信系统除完成话音通信、指挥调度外，还应为水利自动化及信息管理系统、计算机网络、图像监视、远程呈现视频会议系统以及其它业务应用提供传输与接入功能。本文对该工程的水利自动化及信息管理系统、程控交换机、安全防护等部分不做展开讨论，只针对通信传输方式做相关分析。

通信传输系统作为各项业务开展的基础网，主要为工程各级管理机构、闸站、泵站、水库及其他系统之间的语音、数据、视频等各种信息提供高速可靠的传输通道。

根据灌区通信需求，整个传输网络上的业务主要分为闸门控制、泵站控制、水位流量监测系统、安全监测采集、视频监视、水质监测、远程呈现视频会议系统、语音接入、办公、工程管理及外网服务。

3.3 通信传输方式及光纤工程建设实施方案

灌区通信工程的传输方式主要采用光纤传输方式，本工程需要架设光纤通道的有：灌区管理中心-管理分中心-管理站-现场渠地闸(泵)站。

灌区管理中心和灌区管理分中心之间的通信带宽要求大，可靠性要求高，整个一期一步灌区光纤工程的纤芯统计见表1，建设方案如下：

(1)管理中心-管理分中心，管理分中心-管理站的通信采用租用公网方式;

(2)管理站-渠道上的各泵站组成的环网的通信采用租用公网方式;

(3)渠道上的各级泵站之间组成的环网采用架设专网方式。

光缆工程主要沿干渠道和分干渠建设，其余部分考虑架空光缆线路，主要满足灌区中心、灌区管理分中心和管理站之间的光纤通信需求，光缆工程分两期建设。

3.3.1 第一期工程

实现渠道上各通信点之间的通信，此部分采用自建光纤通信方式，初拟在北总干渠0+000至10+184建设1回8芯主干光缆，全长10.18km；在北总干渠10+184至10+351建设1回48芯主干光缆，全长0.17km；在北总干渠10+351至49+790建设1回64芯主干光缆，全长39.44km；在邱场分干渠建设1回64芯主干光缆，全长38.658km；支渠建设1回48芯主干光缆，全长65.526公里，共约154km。

光缆工程包括：

(1)起点从向家坝水电站沿北总干渠取水口开始敷设至邱场分干渠，约49.79km；

(2)邱场分干渠全线，约38.658km；

(3)凌家湾泵站：从邱场分干渠末端开始敷设至凌家湾泵站，约30.52km；

(4)观音坝提灌泵站：从邱场分干渠中段开始敷设至观音坝提灌泵站，约1km；

(5)高滩提灌泵站：从邱场分干渠中段开始敷设至高滩提灌泵站，约1km；

(6)真溪支渠全线：约13.012km；

(7)喜捷支渠全线：约11.994km；

(8)高滩水库支渠高滩提灌泵站至渠末，约8km。

3.3.2 第二期工程

实现理中心、管理分中心、管理站和渠道之间的通信，此部分采用与公网通信运营商共建光缆线路的通信方式敷设至渠道，并借用渠道上在第一期工程中已建成的48芯光缆的备用芯跳纤，建设1回24芯主干光缆，涵盖1个管理中心，3个管理分中心和7个管理站，全长98km。

光缆工程包括：

(1)宜宾市管理中心到渠道闸门，约25km；

(2)宜宾县管理站到渠道闸门，约10km；

(3)屏山县管理站到渠道闸门，约15km；

(4)自贡市管理分中心到大安区管理站，约3km；

(5)自贡市管理分中心到渠道闸门，约20km；

(6)富顺县管理站到渠道闸门，约5km；

(7)内江市管理分中心到渠道闸门，约20km。

3.3.3 渠道光缆通信管道方案

(1)明渠段：在总干渠左右两侧的岸堤上分别拟建一条巡渠路(一级马道)，在明渠左或右岸巡渠路上即一级马道旁建设硅芯管管道，管道位置选择在巡渠道路旁。

(2)渡槽段：干线管道位置选择在渡槽围栏内即渡槽两侧人行巡视/检修道处安装固定走线桥架作为硅芯管布放通道。

(3)倒虹吸段：倒虹吸结构一般为三至四孔钢筋混凝土方涵。通信管道选择在倒虹吸左或右侧的结构外顶上建设，管道位置放在距离倒虹吸左右侧结构边1m处。

(4)取水隧洞：光缆穿硅芯管随涵敷设在圆涵底部混凝土平台内，工程在隧洞内底部敷设3根硅芯管，其中1根用于光缆敷设，另外2根留做备用。

4 引调水工程通信传输方式的优劣分析

向家坝灌区一期工程通信传输方式主要围绕光纤建设采用架设专网和租赁公网两种方式。

4.1 采用租用公网方式

采用租用公网方式主要应用于管理中心-管理分中心、管理分中心-管理站、管理站-泵站环网段三部分的通信工程。之所以不采用单独架设专网的方式，其原因在于管理站、管理分中心、管理中心地处城镇地带，周边通信运营商(中国电信、中国移动、中国联通、中国广电等)都有很完善的通信配套，且采取租用方式，节省了项目初期工程建设投资。若是单独建设专网，一方面加大了前期项目投资，另外一方面建设专用通信通道，需要对光纤通道所穿越的城镇的路径方案做可行性专项报告，且报告需要获得城市规划各级政府部门的审批，这样拉长了项目建设周期，不利于项目的快速推进。

不难看出，采用租用公网方式的优点有：(1)项目建设期投资减少，项目推进快；(2)便于维护，后期光纤维护由运营商承担，抢修维护易于处理。但其缺点是项目运营期投资大，采用租赁公网方式，光纤安全涉及到一定程度的外部风险，比如光纤改造亦或是运营商机房事故导致引发安全事故。

4.2 采用架设专网方式

采用架设专网方式主要应用于各闸(泵)站之间。因灌区覆盖区域广，渠线也随之拉长，各闸(泵)站分布于各渠沿线上，所经位置大都处于远离城镇地带，且周边地方上的通信运营覆盖有限。若是在不建设专用光纤通道的前提下，采用租赁公网的方式不具备条件，但是也可以委托当地运营商，采取就近接入原则，即各泵站优先采用租赁公网方式，其次考虑单独架设光纤通道，其整个建设过程可与运营商共同合作完成。因此，各闸(泵)站之间采用架设专网方式的优点有：(1)采用专网专光纤通道，不受运营商自身改造或经营不利因素的影响，光纤传输通道安全性更高；(2)专网建设费用由建设期承担，因此项目后期的运营成本低。缺点是项目建设期投资大，资金审批困难。

综上分析，在考虑采用租赁公网方式适用性时，应该从项目经济性(建设期-运营期成本)、项目可推动性(建设周期)、通信传输的安全性(传输安全)三个维度考虑。