宁夏固海扬水工程信息化建设与应用

于国兴　张政男

摘 要：以宁夏固海扬水工程为背景进行信息化建设，通过调度中心综合信息化平台建设，对整个灌区进行统一调度。建立固海扬水灌溉调度管理系统，从灌溉自动化、土壤墒情、灌溉用水远程计量收费、灌区工情GIS信息系统实现自动化灌溉，结合智能闸门信息远程自动化监控系统，为灌区管理部门提供科学的决策依据，为实现高效农业提供技术保障。

关键词：扬水工程;信息化平台;灌溉调度;监测系统;自动化控制

中图分类号：TV51文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0073-03

Information Construction and Application of Guhai Yangshui

Project in Ningxia

YU Guoxing1 ZHANG Zhengnan2

（1.Ningxia Guhai Yanghsui Management Division，Zhongning Ningxia 755100;

2.College of Water Conservancy，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

Abstract： The information construction was carried out in the background of the Ningxia Guhai Yangshui Project. Through the construction of the comprehensive information platform of the dispatch center， the entire irrigation district was uniformly dispatched. Establishing the Guhai Yangshui irrigation dispatching management system， from the irrigation automation， soil moisture， remote metering and charging of irrigation water， irrigation area GIS information system to achieve automatic irrigation， combined with intelligent gate information remote automatic monitoring system， to provide scientific decision-making basis for irrigation district management department to improve the efficiency of irrigation district management， promote the healthy development of irrigation district management， and provide technical support for efficient agriculture.

Keywords： water project;information platform;irrigation scheduling;monitoring system;automation control

寧夏固海扬水工程位于宁夏中部干旱带回族聚居地区，是全国扬程最高、灌溉面积最大的公益性扶贫扬黄工程，承担着灌区113 760hm2农业灌溉和高效节水补灌、人畜饮水、生态用水等供水任务。固海扬水工程现有大中小型泵站36座，其中高压泵站31座，低压泵站4座。大型泵站（单座泵站装机容量大于10 000kW）5座，其余中小型泵站31座，变电所28座（110kV变电所11座，35kV变电所12座，10kV变电所3座，6kV变电所2座）。固海扬水系统建成后，现有三个系统：固海系统，渠道总长120km;固海扩灌系统，渠道总长220km;同心系统，渠道总长63km。

1 调度中心综合信息化平台建设

1.1 概述

灌区信息化[1]于2016年开始进行信息化试点，在干渠交接处安装有监测仪器，太阳能供电，超声波监测水位、流速。在斗口处装有全自动测控闸门，斗口附近装有超声波、雷达仪器来进行水位、流速监测等，同步安装有视频监控，泵站已经全部实现自动化[2]。

为了与项目的高要求匹配，应使用高度扩展性且稳定的SOA系统[3]，并具有独特的开放平台的流程，可以确保得到最新、经济和面向未来的解决方案。其现代设计和架构允许在包括规划、决策、集中、培训、操作和维护的所有生命周期内对整个工程进行经济操作，包括未来扩展。平台主要根据以下目标进行设计：①管理处调度中心信息平台的数据整合及共享;②机关各个科室及试点基层站职工同平台实现办公自动化;③视频监控的数据处理及试点泵站的自动化数据采集。

该平台为模块化多用户冗余系统，多用户系统包含从服务器接收数据的试点基层操作员站（OS客户端）。服务器上运行的关键应用程序通过软件故障的健康检查进行监控。如果检测到故障，将切换至冗余系统。冗余服务器自动以高速进行同步。

1.2 目的

①调度中心综合信息存储、管理功能，能搭建一个对泵站上传的各类数据即泵站自动化监控数据、视频信号和灌区监控点的综合数据进行管理、存储和查询的平台，保证安全措施。

②泵站职工互联网络应用，水利电子政务办公功能。实现泵站职工上网和泵站日常电子办公应用的能力，实现网上办公、无纸化办公功能，实现管理处干部职工同平台办公，减少纸质文件传阅。

③IP语音通讯功能，借助互联网和IP技术，满足行政管理、生产调度、业务联系的通话功能。

④建立远程闸门斗口控制功能，实现配水灌溉信息化管理。

1.3 系统描述

固海扬水管理处综合信息平台的建立，使各业务系统打破了以往“各自为政”的运行模式，将以往的一座座“信息孤岛”有机组合起来，从数据到功能实现完全的资源共享和应用集成。集成所实现的不仅是简单的“一加一等于二”的界面集合，而是通过对已有数据的深入挖掘和对已有功能的联动组合，实现功能的扩展和衍生，达到“一加一大于二”的效果。平台建成以后，主要有以下功能。

①联通“信息孤岛”，实现数据共享。将各业务系统的独立数据完美集成，互通共享，实现跨业务的信息查询。充分挖掘数据，提供辅助决策[4]。通过对集成数据的深入挖掘，对比历史数据，分析当前数据，根据供水企业的行业特征，为领导提供行之有效的决策方案。

②实现真正办公自动化[5]，提高工作效率。将以往在单个系统内无法实现的工作流程提取到综合平台上流转，使信息高效流动，部门之间实现协同办公。同时，提供网络会议、资源预定、公文发送、资料互传、日历提醒等办公自动化功能。

③减少重复劳动，降低运营成本。以往重复的数据录入、资料更新等烦琐操作在一个系统中进行一次即可在所有系统中得到同步获得。

2 固海扬水灌溉调度管理系统

灌区信息化包括四个方面：灌溉自动化系统、土壤墒情系统、灌溉用水远程计量收费系统和灌区工情GIS信息系统。农业灌溉是我国农业和农村经济发展的基础。但目前，主管部门仍难以及时、准确和全面地掌握灌区状况及变化趋势。灌区信息化就是利用信息技术，采集灌区内的水情信息（水位、流量、水质）、气象信息（降水量、温度）、土壤墒情（温度、水分、盐度、水势）、作物长势等。通过软件对采集到的相关信息进行存储和处理，实现自动化灌溉;为灌区管理部门提供科學的决策依据，提升灌区管理的效能，促进灌区管理工作的健康发展，为实现高效农业提供技术保障。

2.1 灌溉自动化系统

自动化灌溉控制系统是将计算机技术、传感器与检测技术及通信技术结合起来，能检测土壤墒情、环境特征，并依据检测结果决定灌溉量与灌溉时间，摆脱了传统的全凭经验灌溉的灌溉模式，并能通过计算机程序，构筑供水流量、压力、土壤水分、作物生长信息、气象资料的自动化监测控制系统。

系统首先通过各种传感器对水量、墒情等信息进行实时的数据采集，通过不同的信号输入转换模块将数据传送到控制室中的控制系统，通过专业的分析软件进行分析判断，并将分析结果报知控制管理人员。为了保证整个系统的稳定性，设置了手动和自动两种操作方式。当计算机发生故障时，可以切换到手动状态。控制系统向田间测控站、水源测控站和动力测控站及时发出指令，控制水泵、电磁阀的启闭，同时负反馈系统开始运作，将运行过程中的灌水流量、工作压力、田间墒情、气象信息等参数反馈回控制系统，加以参数判断，进行控制修正。监测系统一直处于运作状态，对整个过程中的参数进行记录存储，已备查询及数据分析之用。

2.2 土壤墒情监测系统

土壤墒情监测系统能实现对土壤墒情（土壤湿度）的长时间连续监测。用户可以根据监测需要，灵活布置土壤水分传感器;也可将传感器布置在不同的深度，测量剖面土壤的水分情况。土壤墒情监测系统可实现全天候不间断监测。现场远程监测设备自动采集土壤墒情实时数据，并利用GPRS无线网络实现数据远程传输;监控中心自动接收、自动存储各监测点的监测数据到数据库中。

2.3 灌溉用水远程计量收费系统

为解决农业灌溉用水中存在的计量计费不准、水费征收难、水资源浪费严重等问题，利用现代自动控制、射频触发等技术，实现先交费后用水、按量计费、自动计量、自动启闭泵的目标，杜绝了只用水不交费及种种水事纠纷现象，实现了实时在线监测、数据统计与查询、取水计划管理与控制，促进水资源可持续利用和节约用水。该系统可广泛应用于井灌区和水库灌区农业用水管理。

2.4 灌区工情GIS信息系统

灌区工情GIS管理信息系统利用电子地图作为应用展示界面，通过地理信息的表现手法，如地图浏览、图层管理、地图查询、地图输出、汇总分析等，直观、形象地完成水利工程设施的管理工作。根据《地理信息系统》的建立原则，系统采用二维和三维相结合的开发模式。系统的建设规模和功能要求与系统开发目标紧密相关，系统的具体目标应是在科学合理的用户需求分析基础上确定的，因此，不同地域和不同部门在系统的建设规模和功能上具有一定差别。

3 智能闸门信息远程自动化监控系统

灌区存在大量的小型闸门，距离远，数量多，不易操作和监测。西门子S7-1200 PLC是专门为水库库区灌溉自动化领域设计开发的一款远程闸门控制、灌溉流量监测、设备工况视频图像采集的终端产品。系统可通过光纤、GSM/CDMA手机信号网络、数传电台和以太网等通信介质实现数据的远程传输。不仅管理中心的监控电脑能实时看到设备工况、灌溉流量、现场照片或视频，能控制闸门的开启和闭合，而且管理者的手机也能完成以上操作。系统由智能闸门控制器、高精度闸位传感器、高精度流量监测系统、图片视频监视系统和大功率防雷保护器等组成，采用超低功耗电子电路设计。根据现场的实际情况，在有电力线的情况下可以选择220V电力供电，在没有电力线的情况下，可以采用风能、太阳能+蓄电池组的供电方式。

闸门自动化系统的功能是：①0.37～15kW功率的闸门开启/关闭控制，支持单相200V和三项380V供电的闸门;②对闸门运行产生的缺相、堵转、过流、错项、欠压等鼓掌快速保护;③可通过光纤、GSM/CDMA手机信号网络、数传电台和以太网等通信介质实现闸门工作状况、灌溉流量、灌渠液位、闸门实时视频图像等信息的远程传输监控;④实时控制闸位的开启/闭合精度，可达到毫米级别;⑤闸位开启的上限/下限限位精确保护;⑥灌溉用水流量实时监测;⑦灌渠水位的实时监测;⑧闸门本地的图像/视频实时监测;⑨超低功耗设计，支持在没有任何电力的野外，采用太阳能风能蓄电池供电系统供电;⑩系统可以实现蒸发量、大气温度、雨量、土壤水分、风速风向等精确监测;?灌区管理者的手机能实时接收设备状况、实时灌溉流量等信息;?系统可将闸门PLC采集的数据传输至调度中心。

4 结论

固海扬水灌区信息化系统的总体目标是利用互联网络、计算机网络、多媒体及自动控制等技术，建立覆盖基层站所的通信网络，实现调度中心对泵站自动化控制系统的监控，建成覆盖渠道流域和泵站的水利信息采集点，实现管理处调度中心和基层站所对泵站、渠道测水断面以及直开口水位、水工建筑物、渠道险工险段等的监测、监视、远控，为水资源管理、水量调度、防汛减灾等提供服务，全面提升管理水平，为推进节水型社会和节水型灌区提供可靠的技术支撑，基本实现传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。

参考文献：

[1]边玉国，李积军，郭志成.大型灌区信息化系统总体方案设计[J].水利规划与设计，2018（7）：15-18.

[2]宋智.信息化技术在水利工程建设管理中的应用[J].企业科技与发展，2018（9）：164-165.

[3]金琴芳.基于SOA系统架构的环境信访信息管理系统的设计与实现[J].中国管理信息化，2013（10）：85-86.

[4]付晓旭.数据挖掘技术在水利工程管理中的应用[J].建材与装饰，2015（52）：287-288.

[5]李甲林.浅议水利信息化与办公自动化[J].甘肃水利水电技术，2004（2）：83-85.