袁北灌区信息化系统总体方案设计

颜安耀

（江西省袁北灌区管理局，江西 宜春 336000）

0 引言

水利是农业的命脉，国民经济的基础，而大型灌区可为农业规模化生产提供基础条件。灌区信息化，是实现灌区管理数字化、网络化和规范化的必由之路，是提高灌区管理水平，优化水资源配置的重要途径，也是借助信息渠道完善灌区现代化管理的必要手段[1]。结合大型灌区续建配套与节水改造项目的实施，主要对袁北灌区信息化建设方案进行探析。

1 灌区概况

袁北灌区位于江西省宜春市西偏北部，赣江支流袁河北岸。灌区处于丘陵地区，地形起伏，地势西北高东南低，区域内属构造剥蚀低山丘陵地形，山脊一般呈梳菁状，山顶较圆滑，山坡坡度一般15°～40°，沟谷不甚发育。灌区东西长约62 km，南北宽约37 km，灌区总土地面积215.58万亩，总耕地面积42.24万亩（其中水田面积34.36万亩，旱地面积7.88万亩），山地面积120.58万亩，果园面积5.46万亩。

2 袁北灌区信息化建设目标及设计原则

2.1 建设目标

袁北灌区信息化建设的总体目标为：全面、完整、协调的信息化综合体系，基本实现灌区的数字化。灌区可按照5大模块系统设计信息化管理平台，为合理有效地利用水资源提供了技术支撑。

2.2 设计原则

为保障设计方案的指导性和可操作性，并能在建设期内保持相对稳定，建成一套先进、可靠、实用、高效、经济的信息化管理系统，灌区信息化建设遵循以下原则：①统一性和分布性；②经济性和实用性；③先进性和灵活性；④开放性和可扩展性；⑤安全性和可靠性。

3 信息化系统设计方案

袁北灌区信息化建设分为信息采集与传输、数据资源、计算机网络、信息中心、灌区业务应用等五大系统，包括维护系统运行的应用平台和保障环境，其中信息采集共6处6点。总体框架见图1。

图1 袁北灌区信息化系统总体框架

3.1 信息采集与运输

信息采集以灌区水情信息系统中渠道水位-流量监测为例，说明其设计方案。

3.1.1 渠道水位-流量监测系统组成

渠道水位-流量监测系统包括遥测站、信息传输和中心站三部分。渠道流量监测采用“测量、采集、无线传输”一体化功能的遥测终端，通过GSM/GPRS网络方式实时传输到灌区信息中心。渠道流量根据采集的渠道水位数据，通过水位-流量关系换算出流量。监测站框架结构见图2。

图2 渠道水位监测框架结构

3.1.2 系统结构

渠道水位－流量监测由现场设备和接收端设备组成。现场设备包括：RTU（HY-301型智能4G全网通RTU，干支渠各设置2台）、水位计（美国OTT/Hydromet，干支渠各设置2台）、通信单元和供电单元。中心站包括：通信前置机、数据库服务器和安装采集接收及数据处理软件。监测站现场RTU定时采集水位信息，通过传输单元传送到灌区管理信息中心，由通信控制机直接转发或暂存后转发到数据库服务器中存储，灌区管理所实现数据分析、统计、查询。数据流程图见图3。

图3 渠道水位监测数据流程图

3.1.3 水位-流量计算

渠道水位采集共8处，根据采集的渠道水位数据，采用明渠均匀流公式。计算公式为见下式：

式中：Q为流量，m3/s；W为过水断面面积；C为谢才系数；R为水力半径；i为渠道纵坡。

3.2 计算机网络

计算网络与通信是信息交换和通讯平台，可实现数据、视频等各种信息的共享与传输。计算机网络系统与灌区管理局信息交流的机构和单位联系在一起，建设内容包括灌区管理局和灌溉片区分中心局域网，管理局与水利专网相互连接。

3.2.1 网络层次结构

袁北灌区整个网络结构模型分树形结构。传输及网络系统建设灌区内信息传输、信息交换和信息存储的网络平台。

（1）一级骨干网

以袁北灌区管理局为中心节点，连接辖区飞剑潭水库管理局、酌江水库管理局、沙江水库管理局，为数据、视频、语音提供网络传输通道。

（2）二级支网

以一级骨干网的各个管理中心为节点，建设连接各水闸节点的支网。

（3）信息采集网传输通道

采用有线光纤，公网资源新建水情和流量自动遥测采集点（站）的信息传送通道。

3.2.2 广域网络建设

袁北灌区计算机网络的拓扑结构采用中心（袁北灌区管理局）—管理分中心（水库管理分局）－闸站辐射性的树形拓扑。

（1）沙江和酌江分中心与灌区管理局网络采用虚拟专用网络（VPN）实现。

（2）袁北灌区管理局通过MSTP方式接入省防汛网络与宜春市防办、省厅连接。

（3）飞剑潭大型水库已经与省水利防汛网连接，网络状况不变。

袁北灌区计算机网络系统结构见图4。

图4 袁北灌区网络结构

3.3 数据资源

袁北灌区数据资源主要包括水情数据库、闸控数据库、工情数据库，水费计收数据库，灌区基础数据库、日常事物办公数据库以及空间属性数据库等。

综合数据库结构见图5。

图5 综合数据库系统构成

3.3.1 水情数据库

水情数据库建设内容主要包括渠道水位-流量和监测站基本信息、水位统计信息等基本数据。数据存储格式以数字、字符格式。

3.3.2 闸控数据库

闸控数据库建设内容为闸控站基本信息，闸门开启情况等实时监控信息，数据存储格式以字符、数字为主。

3.3.3 工情数据库

工情数据库储存的数据主要是更新周期较长的特征数据和能够反映灌区工程特性的静态图像、声音等，此类数据往往需要人工输入完成。

3.3.4 日常事务办公管理数据库

日常办公管理数据库主要涵盖灌区管理机构的资源情况，包括经济、人事档案、财务以及调度情况表和工程建设概况。

3.3.5 水费计收数据库

主要收集和储存灌区各用水户的水费收缴情况。

3.3.6 灌区基础数据库

灌区基础数据库主要存储监控站、桥梁、建筑设施、渠道、河流、房屋、人口、耕地、财产信息、公共设施和治河工程等相关信息。

3.3.7 空间属性数据库

基于级别和类型的细化分层，空间属性数据库的建设根据具体业务，分别列出不同的工程属性。专题图层主要将地图基本要素与水利专业链接，为其他业务提供所需的基础信息。

3.4 灌区业务应用

袁北灌区业务应用系统的建设应充分考虑灌区自身信息基础设施的条件与状况、管理工作的需求、灌区管理体制、运行机制及人员素质等多种因素。因此袁北灌区管理应用系统按照功能划分，采取分期建设，业务应用系统随着灌区管理工作的不断深化，做到开发一个、应用一个，充分发挥其效益。

3.4.1 建设内容

袁北灌区信息化应用系统建设包括：①信息实时监测与服务；②灌区用水管理；③灌区工程管理；④灌区政务网站。

3.4.2 应用系统框架

业务应用系统主要涵盖用水管理、工程设施管理、基础信息服务管理、水费征收管理和办公自动化控制。数据库管理系统提供应用系统数据信息存储与管理，地理信息系统提供空间可视化的查询、展示和分析。系统组成结构见图6。

3.5 信息中心

信息中心是一个集数据采集、远程控制、图像与数据通信、调度决策为一体的智能系统，是数据中心，也是控制中心，可实现灌内的数据汇聚、决策调度及闸站的远程控制和监视。信息中心按照功能区域划分可分为监控室、调度会商室和机房三部分，以及硬件运行环境。

袁北灌区管理局信息中心建设包括调度会商室（含监控室）、飞剑潭水库管理局分中心建设调度会商室（含监控室）和机房、酌江水库管理局分中心建设机房、沙江水库管理局分中心建设机房。

图6 系统组成结构

4 结语

为提高袁北灌区整体的建设水平和管理能力，利用节水改造项目的实施，将灌区信息化建设作为大型灌区续建配套与节水改造项目建设的重要组成部分，可有效提升管理灌区水资源管理水平，同时信息化系统可为灌区管理部门提供有效的信息来源，为科学决策灌区的运行调度提供技术支撑。