通济堰灌区渠首枢纽水资源综合调度系统建设

王 鑫，王菁彧

(四川省都江堰水利发展中心通济堰管理处，四川 彭山，620860)

1 通济堰灌区基本情况

通济堰是一座具有2000多年历史的大型引水灌溉工程，渠首枢纽位于成都市新津区邓双镇，拦截南河、西河来水入渠灌溉农田。灌区面积772.8km2，灌溉成都、眉山两市的新津区、彭山区、东坡区和青神县四县(区)的3.46万hm2农田。并为灌区的水城新津、天府智能制造产业园、彭山区经济开发区、岷江现代农业产业园区和天府新区青龙片区、甘眉工业园区、眉山高新技术产业园区等工业企业提供生产生活用水。为四川省水上运动学校和成都、眉山市4区(县)18个集镇近80万人口提供生活、生产及生态用水。兼顾防洪、发电、水产养殖、旅游等多目标多方位的综合服务，是四川省及眉山市国民经济和社会发展的重要基础设施之一。

2 水资源综合调度系统建设的必要性

承担工厂、城市生活及环保供、发电、防洪等任务的大中型水利枢纽运行的优劣不仅影响着灌区防洪安全，还关系灌区社会生产和生活，具有重大的社会影响。如何获取和利用水情信息，妥善处理各种矛盾，合理进行控制决策，在保证防洪安全的前提下，实现水利枢纽洪水实时调度，获得尽可能大的水利枢纽综合效益，是目前水利枢纽泄洪闸门控制自动化系统亟待解决的重要课题之一。

通济堰灌区渠首枢纽已经建立了水情测报系统，实现了水情的实时测报，为了更好地发挥渠首枢纽水资源的调度作用，更充分地利用水资源，完善灌区信息化建设，为灌区配水方案的形成提供智能决策。通过新增水情采集点，用以实时监测渠首的水位流量等水情信息，并建立相应的水情通信信息网络，将水情数据传输到中心站。同时，在中心站建立灌区水情信息关系数据库，通过开发运用软件生成灌区配水方案和渠首水资源调度决策系统。

3 实现的主要目标

(1)在渠首建立信息调度分中心，收集渠首管理站所辖各个水情测点的水情信息、所辖各个闸门的闸门控制信息等并进行存储、显示。同时，能够在信息分中心及时监测各个水情点和闸门点的信息，并进行管理和分析，实现水资源的调度自动化。

(2)建设通济堰渠首分中心的办公局域网络，为灌区办公的自动化和信息的共享与发布提供通畅快捷的传输体系。

(3)在信息分中心建立通济堰水情信息关系数据库，此数据库收集来自各个水情采集站点的水情数据，是生成灌区配水方案和渠首水资源调度决策的信息基础。

(4)在水情信息关系数据库的基础上开发渠首枢纽水资源调度系统，该软件系统根据各个干渠当前以及历史的水位流量信息以及需水信息，结合渠首枢纽的水位流量数据以及未来的天气状况，自动生成配水方案。渠首枢纽水资源调度智能决策软件系统为配水方案的形成提供智能决策，并辅助调度自动化的实施。

4 实施的技术方案

通济堰渠首取水枢纽分中心综合调度系统从信息流的角度分为三个重要环节，即信息传输交换、信息存储管理和信息应用，是典型的分布式系统。内容包括系统整体体系结构设计以及针对灌区实际特点的分布式测控系统的技术实现路线。

4.1 分中心局域网络

目前在局域网络上应用最广泛的技术有以太网、快速以太网、FDDI、Token Ring、ATM(异步传输模式)以及千兆以太网等。在这些技术中，千兆以太网以其在局域网领域中支持高宽带、多传输介质、多种服务、保证QOS等特点正逐渐占据主流位置。

在通济堰渠首取水枢纽分中心计算机网络的建设中，主干网选择何种网络技术对网络建设的成功与否起着决定性作用。选择适合计算机网络要求特点的主流网络技术，不但能保证网络的高性能，还能保证网络的先进性和扩展性，能够在未来向更新技术平稳过渡，保护用户的投资。主干网采用千兆以太网技术，接入采用快速以太网技术。同时，由于水情信息传输目前大部分均采用无线方式，因此，分中心网络建设中，获取水情信息方式要与目前已有的信息点的传输方式相对应，预置无线网络接口。

4.2 数据库系统

4.2.1 数据库的特点

水情信息关系数据库的设计是水资源调度自动化系统建设的关键，水情信息关系数据库也是极其复杂的。首先，水资源数据是多维的。例如，对于每一个水情监测数据，它都有个时间戳，记录了数据采集的时间。同时，每个数据还有个地理戳，记录了数据采集的具体位置。这样时间维、空间维和各个主题域(水情状况)一起构成了水情多维数据。位置上又精确到了分钟(采样时间、采样时分)，在取样位置上又精确到了测点(测站、断面、侧线、测点)，数据量极其庞大，因此在水资源调度系统中数据库的设计与实现是重要的任务之一。

4.2.2 数据库结构设计

(1)数据库接口

①应用程序接口：ADO(或者ODBC)，编写公用模块；

②分布数据库接口：采用Oracle数据库远程连接(基于VPN)。

(2)水情信息关系数据库的实现

数据库设计充分考虑了水情数据特点并设计了水情存储、统计结合的数据库实现方式。在保障原始数据完整情况下，对水情数据实现按小时、天、旬、月、年统计存储的方式，以便完成水文资料整编以及快速完成数据统计显示，大大加快了系统运行速度。

4.3 分中心调度软件系统

分中心调度软件系统采用微软最新开发工具(Silver light(2.0)、Asp.Net(2008))+ESRI的主件进行开发。使用Silver light最好的方式之一是打破以往使用Web浏览刷新页面问题及地图更新显示问题，大大提高了用户浏览时间，浏览通畅，给用户操作带来很大的方便。

系统总体结构分为四大板块：

(1)系统简介：主要介绍通济堰水利发展史、水利结构等相关信息。

(2)地图显示：包括地图编辑、图层管理、标签管理、缓冲分析、地图搜索。

(3)水情信息：主要是针对水进行管理，包括水情、雨情。具体而言就是实现站点管理、最新水雨墒情、水雨墒情历史查询、水位流量曲线管理等功能。

(4)系统维护：目的是要保证信息系统正常而可靠地运行，并能使系统不断得到改善和提高，以充分发挥作用。系统维护的任务就是要有计划、有组织地对系统进行必要的改动，以保证系统中的各个要素随着环境的变化始终处于最新的、正确的工作状态。

每个版块进行独立的管理，使系统更清晰化，更人性化。

5 取得的主要成果

(1)在渠首建立信息调度分中心，收集渠首管理站所辖各个水情测点的水情信息、所辖各个闸门的闸门控制信息等并进行存储、显示。同时，能够在信息分中心及时监测各个水情点和闸门点的信息，并进行管理和分析，实现水资源的调度自动化。

①开发完成数据采集软件：系统使用分布式服务器结构，支持各种异构数据，如闸位、水情数据等，并且可以和其他相关部门进行数据共享。采集软件使用图形界面，具有进行手动招测、数据自动接收、整理，水位流量关系曲线管理等功能。

②开发完成现地/远程闸门监控软件：现地控制使用PLC进行，远程使用组态软件进行闸群联合管理。使用以太网组网方式，将现地闸门控制和远程闸门控制连为一体。闸门监控达到实时(延迟响应为200毫秒左右)。

③开发完成一体化WEB信息系统软件：将水情、视频、闸门控制系统等所有数据和操作统一在一个WEB环境中进行，使得管理处等不同层面、物理位置均可访问及管理(不同的用户具有不同的控制权限)。

(2)建设通济堰渠首分中心的办公局域网络，为灌区办公的自动化和信息的共享与发布提供通畅快捷的传输体系。

(3)在信息分中心建立通济堰水情信息关系数据库，此数据库收集了来自各个水情采集站点的水情数据，是生成灌区配水方案和渠首水资源调度决策的信息基础(设备信息表、实时水情数据表、历史水情数据表、历史评价水情数据表)。

(4)在水情信息关系数据库的基础上开发渠首枢纽水资源调度系统，该软件系统根据各个干渠当前以及历史的水位流量信息以及需水信息，结合渠首枢纽的水位流量数据以及未来的天气状况，自动生成配水方案。渠首枢纽水资源调度智能决策软件系统为配水方案的形成提供智能决策，并辅助调度自动化的实施。

图1 通济堰水资源调度系统管理

图2 水资源调度系统管理地图编辑

水资源调度系统方案根据每个站点历史数据制定系统调度方案，当数据到达相关要求后自动调用相关调度方案。

6 结语

通济堰渠首取水枢纽分中心水资源综合调度系统通过实时获取通济堰重点水情点的水情信息，累积相关信息，通过对这些信息进行有效地管理与分析来完成通济堰灌区整个水资源的自动化调度，从而实现水资源更为有效地利用，提高灌区的工作效率，也提高各方面的效益。