太原市敦化灌區(qū)現(xiàn)代化示范建設項目概述

劉春艷

（太原市軌道交通發(fā)展有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

太原市敦化灌區(qū)位于清徐縣汾河二壩東部，瀟河尾端西側，屬沖積平原型灌區(qū)，是太原市的糧食主產區(qū)之一。灌區(qū)始建于1958年，自1964年起經過四十多年的改建，相繼新建了敦化一級站、王答和大寨兩個二級站、南關抽水站和友誼站兩個三級站，形成現(xiàn)在的三級四站的獨立提水灌區(qū)。灌區(qū)主要利用汾河水進行灌溉，適當利用瀟河洪水進行補充灌溉，擔負著清徐縣河東地區(qū)王答、西谷、孟封，徐溝四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)36個村莊的0.70萬hm2農田的灌溉任務。敦化灌區(qū)自建成受益以來，為促進當?shù)剞r村經濟的發(fā)展、農民增收和提高農業(yè)生產效益起到了重要的作用。

敦化灌區(qū)先后經過了泵站改造、末級渠道防滲改造、小型農田水利重點縣和中型灌區(qū)改造等項目的實施，其節(jié)水灌溉體系已基本形成，節(jié)水灌溉工程運行效果良好，但在用水管理、可持續(xù)發(fā)展等方面還存在一些短板。根據(jù)黨和國家關于加強農業(yè)和水利基礎設施建設的有關政策，遵循“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時期治水方針，圍繞水利現(xiàn)代化要求，立足于灌區(qū)現(xiàn)狀條件，為挖掘灌區(qū)現(xiàn)有潛力、提高灌溉水利用系數(shù)、發(fā)揮灌區(qū)綜合節(jié)水效果、改善農業(yè)生產條件，開展了灌區(qū)節(jié)水改造頂層設計。

2 建設目標和主要任務

2.1 建設目標

敦化灌區(qū)現(xiàn)代化示范建設的總目標，是全面實現(xiàn)水利信息化。采取分期對灌區(qū)進行信息化改造的措施，基本建成覆蓋灌區(qū)工程的水利信息化網(wǎng)絡，建立灌區(qū)泵站及沿線閘站的遠程監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，建設和完善灌區(qū)水利基礎數(shù)據(jù)庫，建立運行安全、高效節(jié)能、管理先進的現(xiàn)代化灌溉工程體系和管理服務體系。在良好的工程硬件設施基礎上，實現(xiàn)調度科學合理、運行自動控制、在線監(jiān)測，確保工程高效、可靠運行，為各級水行政主管部門和管理單位提供準確、及時、有效的運行、水情信息，為科學管理和灌溉決策提供科學依據(jù)。

2.2 主要任務

根據(jù)灌區(qū)現(xiàn)代化建設的總體目標，在對泵站工程、渠道工程現(xiàn)狀進行調查的基礎上，按照灌區(qū)現(xiàn)代化建設對改造的總體要求，確定敦化灌區(qū)現(xiàn)代化建設的主要任務是灌區(qū)信息化建設，包括灌區(qū)信息化基礎設施建設和灌區(qū)信息化軟件系統(tǒng)建設兩個方面。具體措施為：

（1）對已經損毀嚴重的敦化一級站和王答二級站的泵站廠房進行全面改造，以徹底改變泵站面貌，改善工作環(huán)境。

（2）對泵站的引渠、攔污柵、工作閘門、進水池、壓力管道、出水池等設施，按照運行安全、可靠、適應信息化的原則進行全面改造；建設覆蓋整個灌區(qū)的遠程直流供電系統(tǒng)，為自動計量閘門、視頻監(jiān)視、網(wǎng)絡設備等供電。

（3）對灌區(qū)部分渠系，主要包括：電一支渠、電二支渠、二支輸水渠和電三支渠現(xiàn)有閘門的土建部分進行改造或重建，安裝自動計量閘門系統(tǒng)，并配套遠程監(jiān)控和控制設備；建設覆蓋灌區(qū)重要監(jiān)測點的光纖通信網(wǎng)絡。

（4）按照建設現(xiàn)代化灌區(qū)的要求，全面規(guī)劃泵站的信息化建設，使泵站管理、運行達到信息化、自動化的目標。對灌區(qū)泵站、閘門、調度室等新建視頻監(jiān)視點，灌區(qū)管理中心布置網(wǎng)絡錄像機和操作鍵盤。

（5）改造完善灌區(qū)管理中心控制室設備，更換2×4m的DLP大屏幕。增加服務器及機房設備，采用網(wǎng)絡多屏處理器，實現(xiàn)8路或16路DVI或VGA或VIDEO信號同時顯示在大屏幕上。

（6）完善信息化系統(tǒng)，配套灌區(qū)信息服務系統(tǒng)、水資源調配決策支持系統(tǒng)、水費征收系統(tǒng)、運行伴隨仿真系統(tǒng)、門戶系統(tǒng)等，科學調水、取水、量水、用水。

3 灌區(qū)信息化建設

3.1 渠系建筑物自動化改造

傳統(tǒng)閘門已不能適應灌區(qū)現(xiàn)代化管理的需求，閘門改造是灌區(qū)現(xiàn)代化改造的重點。本著“不改變渠道過流能力，保持原工程布局”的原則，在土建工程改造的基礎上，將傳統(tǒng)閘門更換為測控一體化閘門，并配套遠程監(jiān)控和控制設備；實現(xiàn)渠道過水流量的實時監(jiān)控，使灌溉渠系實現(xiàn)“按需供水”；渠道過水流量可實時通過信息中心顯示，灌區(qū)管理人員可通過信息中心實時控制閘門的開啟高度來控制渠道流量，從而實現(xiàn)精確的灌溉自動化管理和控制。灌區(qū)因地制宜地開展量水技術研究，不僅提高了灌區(qū)的現(xiàn)代化管理水平，而且加大了供水的透明度，讓用水戶明明白白用水、清清楚楚交費。

灌區(qū)現(xiàn)代化建設安裝的多種規(guī)格的自動計量閘門系統(tǒng)均為國產，國產化自動計量閘門系統(tǒng)的性能符合國情，且具有價格優(yōu)勢，完全可以替代同類國外產品。自動計量閘門終端設備包括：太陽能供電系統(tǒng)、電氣控制臺、閘門本體等三部分。系統(tǒng)測控部分的控制單元，采用高性能處理器；測流部分采用高精度、強適應性的傳感器；驅動系統(tǒng)單元，采用耐用型直流電機。

3.2 灌區(qū)信息化建設

敦化灌區(qū)信息化建設采用現(xiàn)代科技手段，實現(xiàn)水位、流量、閘門開度等實時數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理與存儲，并提供完善的數(shù)據(jù)庫管理維護功能。能夠提供數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析功能，能夠以圖形、報表等多種方式對結果進行統(tǒng)計顯示。

敦化灌區(qū)信息化系統(tǒng)，以敦化灌區(qū)管理局為中心，覆蓋灌區(qū)范圍內的泵站、自動計量閘門、渠系和灌區(qū)田塊。設一個灌區(qū)管理中心、四個泵站監(jiān)控點、57個閘門監(jiān)控點、64個前端視頻監(jiān)視點、以及57處水位流量采集點。灌區(qū)管理中心設在灌區(qū)管理局，敦化灌區(qū)信息化總體結構見圖1。

圖1 敦化灌區(qū)信息化系統(tǒng)總體結構圖

根據(jù)對信息的需求分析，本系統(tǒng)共涉及六個方面：信息采集、通信、閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)視、應用系統(tǒng)和配套工程。

（1）信息采集主要采集泵站的流量，自動計量閘門的水位、流量，土壤的墑情信息。信息采集采用RTU采集和處理信息，通過光纖傳輸。

灌區(qū)信息采集系統(tǒng)包括流量監(jiān)測系統(tǒng)、墑情氣象監(jiān)測系統(tǒng)，按級別分為灌區(qū)管理中心、現(xiàn)地采集站2個級別。管理中心位于敦化灌區(qū)管理局內，現(xiàn)地采集站是位于灌區(qū)自動閘門的計量點和位于農田的墑情監(jiān)測站。灌區(qū)信息采集系統(tǒng)建設目標是實現(xiàn)全灌區(qū)動態(tài)計劃用水，科學調配，達到節(jié)約用水，提高經濟效益的目的。

（2）通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域涉及灌區(qū)管理局、泵站、閘門監(jiān)控點、視頻監(jiān)視點等，采用光纖通訊。

依據(jù)敦化灌區(qū)的實際情況，將灌區(qū)的信息分為實時信息（閘門控制指令、視頻信息）和非實時信息（水位、流量）。實時信息需要傳輸帶寬高、及時，采用光纖通信，架空敷設36芯光纜；非實時信息采用GSM/GPRS通信。由于實時設備和非實時設備在同一個監(jiān)測點，因此在灌區(qū)監(jiān)控節(jié)點，采用光纖通信的方式。采用千兆以太網(wǎng)技術，將整個灌區(qū)通信網(wǎng)絡組成大的局域網(wǎng)。

（3）閘門監(jiān)控主要涉及57處自動計量閘門，采用PLC作為主控和通信設備，通過光纜遠程通信。

閘門自動監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成。現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)主要由閘位計、PLC控制柜、光貓、單模光纖、控制及信號電纜、避雷裝置、閘門驅動控制裝置等設備組成。遠程控制系統(tǒng)由遠程控制計算機和監(jiān)控軟件組成。

閘門自動控制系統(tǒng)建設目標是實現(xiàn)對所管轄范圍內渠道閘門運行的實時控制，并收集管理分中心渠道閘門的運行信息，提出全灌區(qū)配水計劃，建立各種情況下的調度方案和處理預案，實現(xiàn)水資源的合理配置和優(yōu)化調度。

（4）視頻監(jiān)視主要監(jiān)視泵站的出水及運行狀態(tài)、閘門的開啟和閉合狀態(tài)。采用網(wǎng)絡視頻服務器、光纜遠程通信。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)按級別可分為灌區(qū)管理中心、前端監(jiān)控點2個級別，灌區(qū)管理中心位于敦化灌區(qū)管理局內，前端監(jiān)控點位于泵站6處、調度室1處、自動計量閘門57處。視頻監(jiān)視系統(tǒng)建設目標是對灌區(qū)內各前端監(jiān)控點實施24h監(jiān)控，當發(fā)生泵站開啟失敗、閘門自動開啟失敗，開啟角度錯誤等情況時，通過調度中心視頻系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)問題，對調水計劃進行實時調整。

（5）應用系統(tǒng)采用基礎平臺和二次開發(fā)相結合，操作系統(tǒng)采用當前主流的操作系統(tǒng)。

灌區(qū)信息管理系統(tǒng)的建設是在深入分析灌區(qū)管理業(yè)務需求的基礎上，綜合運用組件技術、地理信息系統(tǒng)（GIS）、決策支持系統(tǒng)（DSS）等高新技術，與灌區(qū)管理、農業(yè)生產等業(yè)務相結合，構建先進、科學、高效、實用的灌區(qū)信息管理系統(tǒng)。根據(jù)應用需求，將灌區(qū)運行管理系統(tǒng)分為門戶系統(tǒng)、灌區(qū)信息服務系統(tǒng)、灌區(qū)水資源調配決策支持系統(tǒng)、水費征收管理系統(tǒng)、灌區(qū)運行伴隨仿真系統(tǒng)等5個系統(tǒng)。

（6）信息中心改造配套工程包括：信息中心的改造、光纖的鋪設、遠供直流電源系統(tǒng)的建設等。

灌區(qū)管理中心是全灌區(qū)范圍內的水情、引水信息，水量調度的總控制中心，是水調系統(tǒng)整體應用軟件和計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)功能的集中控制中樞和硬件存放區(qū)，敦化灌區(qū)管理局將監(jiān)控調度室、中心機房、會議中心的功能整合到一起。改造內容有大屏幕顯示系統(tǒng)、電子沙盤模型系統(tǒng)、服務器及網(wǎng)絡系統(tǒng)、演示計算機系統(tǒng)、中心線路設計。

光纖的鋪設以灌區(qū)管理局、電二支管理站、電一支管理站、王答二級站作為中繼點，分別放置光纖交換機，作為整個通信網(wǎng)絡的中繼中樞。遠供直流電源系統(tǒng)為灌區(qū)光纖中繼點、遠端視頻設備、閘門控制設備供電，采用遠程直流供電系統(tǒng)給所有用電設備提供電，解決了用電不穩(wěn)定的問題。

4 結語

敦化灌區(qū)現(xiàn)代化示范建設一期、二期項目已實施完成，工程的實施為灌區(qū)水資源的合理配套提供了基礎保障，實現(xiàn)了灌溉科學調度、自動控制、在線監(jiān)測，保障了工程高效、可靠運行，為管理單位提供了準確、及時、有效的運行、水情信息，為科學管理和灌溉決策提供了科學依據(jù)，提高了灌區(qū)管理水平和農業(yè)生產綜合能力，改善了農業(yè)生產條件。