陆浑灌区信息化系统设计与实现

李敏，郭英武，张宏图

(河南省陆浑水库管理局，河南 洛阳 471003)

1 陆浑灌区概况

陆浑灌区位于河南省西部，地处嵩山和熊耳山谷地的浅山丘陵区，跨黄河、淮河两大流域，自陆浑水库引水。灌区范围涉及平顶山、洛阳、郑州三市的七个县(市)，共计51个乡镇。陆浑灌区现有总干渠、东一干渠、东二干渠和西干渠4条干渠，总长287.13 km。灌区土地总面积22万hm2，灌区设计灌溉面积895 hm2，目前有效灌溉面积436.10 hm2。

河南省陆浑水库管理局(以下称省局)隶属于河南省水利厅，是陆浑灌区的主管单位，行使灌区骨干工程建设及用水调度权。工程管理：省局下设总干渠管理处、东一干渠管理处两个二级机构分别负责总干渠、东一干渠上段工程；其它干渠工程分别由其所在行政区政府成立的专管机构(以下称各县、市局)负责，支斗渠以下工程一般由受益用水户自主管理。用水管理：灌区用水户有用水需求时，先由各二级管理单位协商用水户并制定用水计划，后上报省局统一调度，各二级管理单位的管理段所直接负责所辖渠段的用水管理。各县、市局管理单位的人事、财务等事权归属地方政府，业务上接受省局指导，各县(市)局及其它用水户按照有关规定或协议按用水量与省局进行水费结算。

2 信息化系统建设需求分析

2.1 提高灌区信息管理与应用水平的需要

之前，陆浑灌区信息处理手段落后，没有实现信息共享，信息利用效率低，不仅影响到对灌区工情、水情的及时、准确、全面掌握，也严重影响了工程的安全运行。因此，利用现代信息技术，对灌区信息进行标准化、规范化的数字化管理和应用，是陆浑灌区发展的迫切需要。

2.2 优化配置水资源的需要

长久以来，如何优化输水调度，精准水量配置，提高用水效率，一直是摆在省局面前的难题。利用现代化信息技术，加强对水资源信息的监测、监控，并对有关信息进行及时分析、处理，进一步提高灌区水资源优化配置的科学性、合理性，是陆浑灌区多年争取的发展目标。

2.3 建设节水型灌区的需要

近年来，陆浑灌区工农业经济高速发展，灌区可利用水资源日显短缺，陆浑水库水资源逐渐成为当地经济发展的必要支撑。将高新技术与传统的农业技术相结合，充分利用现代科学技术，建设集信息采集、处理、监控、决策、反馈为一体的用水管理体系，大幅提高水资源利用效率，从而将陆浑灌区打造成现代化的高效节水型灌区，已成为陆浑灌区各管理单位的强烈共识。

2.4 提高灌区管理水平的需要

同比较之下，陆浑灌区信息采集、处理技术落后，整体管理水平偏低，利用现有科学技术建设灌区信息化工程，为灌区供水运行和其它日常事务管理提供有效的技术支持，按照国家规定的灌区规范化、标准化管理要求，在逐步提高灌区现代化管理水平的基础上，逐渐提高管理效率并有效降低管理成本，已成为陆浑灌区管理的当务之急。

3 系统架构设计

陆浑灌区目前存在且可能长期不变的管理体制，决定了灌区系统总体设计的复杂性。多层次多部门的交叉管理，远程输水、网络办公等多层面的业务需求，是系统总体设计必须关注的要点。一旦系统总体结构设置不合理，将导致系统出现严重缺陷甚至不能有效使用，也会为系统后期应用和升级带来较多困难。因此，按照现代化灌区建设、管理的较高标准，本着统一规划、分期实施、技术先进、实用高效的原则，陆浑灌区信息化系统架构设计为：

在河南省陆浑水库管理局建立陆浑灌区信息中心，在陆浑灌区4个县(市)管理局、省局下属的干渠管理处和1个水库管理处设立二级监控中心，在干渠沿线渠道管理段所建设三级管理站。从安全角度考虑，在陆浑灌区信息中心分类设置服务器，针对各应用子系统构建相应数据库。

在各二级管理单位建设二级信息中心，建设局域网络并通过Internet与省局及其所辖段所建立网络链接，并布置服务器，建设用于本单位使用的闸门监控、用水管理、视频监视、视频会商、OA办公等系统。此体系设计满足了多层级互连互通、基础数据统一管理、各单位又可独立一域自成网络的基本要求。

在满足体系完整、结构合理、运行通畅、效益明显要求的前提下，根据实际需要，在灌区渠道工程、灌面的关键点位建设水情、雨情、墒情等基本信息采集点，所有信息均通过无线或有线网络上传省局信息中心，闸门监控、视频监视仪等设施通过光缆接至三级管理站，上级各部门可根据需要随时监视查看。

4 系统建设与实现

4.1 通信网络组建

陆浑灌区渠线长，涉及面积广，且各管理单位相距甚远，因此，通信网络建设是灌区信息化系统能够高度集成和灵活运行的基础。该模块包括省局连接各县(市)局、各段所的网络通路，以及各单位独立的网域，还包括信息采集点上传的无线通道。设计根据不同性质数据流和数据采集环境需要，选择合理的数据传输方式和途径，将一级和二级单位的内部局域网组建、数据流调配、服务器布设均在此模块中统筹考虑。

陆浑灌区信息化系统工程共为13个基层段所建立了100 M带宽、为省局和四个二级单位建立了300 M带宽的互联网络；灌区及水库雨情信息通过北斗卫星、渠道水情通过GPRS模块直接上传到省局信息中心；灌区工况及墒情等其它信息通过网络间接接入省局信息中心；视频监视及闸门远程控制系统设备等则直接接入相关段所。

4.2 数据库及服务器构建

省局信息中心的服务器是信息化系统的核心。从系统运行的信息安全、稳定、高效方面考虑，根据实际需要，在不同的服务器上独立构建了数据库。陆浑灌区信息化系统数据库包括：基础信息、GIS信息、水文信息、用水管理、OA系统、门户网站等数据库，共设置了用于基础数据、门户网站和OA办公的3个服务器。

4.3 信息采集点布设

陆浑灌区的工程状况、土壤墒情、渠道水情、视频监控、闸门控制等信息由相应的信息采集设备数字化后通过有线或无线网络上传至相应数据库，各类应用软件系统根据需要可随时查询、处理、调用。陆浑灌区共建设信息采集点如下。遥测雨量站：在陆浑水库控制流域及灌区内建设遥测雨量站24个，实现降雨信息的实时采集和存储；墒情采集点：在全灌区有区域代表性的地方布设GPRS型土壤墒情传感器12套；干渠水位站：沿总干渠、东一干渠上段共设置磁致伸缩水位计23处；口门流量监测点：对总干渠、东一干渠上段引水量较大的40个灌溉用引水口门安装了巴歇尔槽；视频监控：在总干渠、东一干渠段所附近的上下游渠道上及大型建筑物附近安装高清监控摄像机58台；水库水位站：分别在伊川第二、第二电厂水库和汝阳工业园水库内安装雷达水位计3套；气象站：设在灌区中心位置的内埠段；闸门远程控制：建设远程控制干渠节制闸、退水闸12孔位。

4.4 应用软件系统建设

建设一个实时、快速、精准、高效的，以灌区数据信息处理、存储、输出为基础，以提供综合信息从而支持决策为目标的实用的应用软件系统，是灌区信息化建设的最终目的，也是信息化系统切实发挥效益的出口。根据陆浑灌区业务管理需要，建设的信息化应用子系统主要有：陆浑灌区GIS地理信息系统、陆浑防汛管理系统、雨水情测报系统、视频监控系统、用水管理系统、OA自动化办公系统等。

5 经验及建议

5.1 灌区信息化建设应统筹规划

灌区信息化建设是覆盖面广、投资多、运行成本大且技术含量高的大工程，对信息采集点的选点布局、信息采集方式、运行管护及后期投资等，一定要进行全面、深入的考察和论证。对信息采集点的布置，逐点进行必要性、可行性分析，确定需要布点的缘由，避免简单地按区域或渠道长度进行批量布设。

5.2 需求分析是系统开发的关键环节

在业务信息系统开发建设过程中，要特别重视和做好软件系统开发前的需求分析和数据流的分析、验证等工作，并对各个阶段的工作成果进行审核与确认。对于一个软件系统开发，需求分析和数据流设计应占整个系统开发技术份额的一半以上，是决定信息系统开发成败的关键因素，其重要性不言而喻。

5.3 技术及后期支持事关信息化成败大局

灌区信息化系统能否有效地长期运行并良好地发挥作用，与能否得到开发单位良好、持续的技术支持和服务，以及系统不断地改进完善和升级有很大关系。因此，要高度重视系统开发的技术定位，并确保系统建成后能够得到相应的技术支持和服务；管理单位更要高度重视系统的日常运行管理，加强系统的维护投入和管理人员的业务提升。

5.4 确保自动控制闸门的启闭安全

闸门自动化控制应以现地为主，采用多级控制时必须实行现地优先的原则，并细致完善操作规程，使其具备随时处理意外事故的能力。尤其对干渠上的大型闸门实施远程自动控制，必须对其安全性进行细致的个案论证，建立多重安全防范体系，并具备自动控制系统失效情况下闸门能够正常启闭的基本保障措施，以确保设备、工程安全运行。

5.5 重视野外设备的安全防护

灌区信息化系统大部分设备处在荒郊野外，易遭受天气变化、人为偷盗破坏等影响，设备的防雷、防水、防盗等至关重要。因此，系统设计时要重视设备的安全防护，尽可能将设备布置在房屋、竖井内或不易到达的隐蔽地方，以减少设备与外界的接触，还要考虑到管理人员在日常检查、维护中的便捷要求。