1.4 大型灌区信息化建设主要内容

大型灌区信息化的建设内容包括灌区自身的信息化建设和大型灌区行业管理信息化两部分内容。

1.4.1 灌区自身信息化建设内容

灌区信息化概括起来就是“测、控、传、软”四个方面。实践中人们通常把信息系统形象的比喻成人的工作过程，“测控点”就像人的五官和手脚，将信息收集，并转化为系统能够接受的方式（即数字化），上传给信息中心，或接受上级指令，转化为物理控制方式来控制目标；“数据传输”就相当于神经网络，上传下达各种数据、指令；“软件系统”就好比是整个系统的大脑，执行“思考”的功能，收集管理决策所需要的所有数据，通过各类软件分析处理，产生决策结果，如：管理调配目标或用水计划等。

1.4.1.1 监测系统建设内容

监测系统内容主要包括雨情、水情、闸位、工情、墒情、水质、气象和视频等方面的内容。这些内容根据灌区实际情况和所处地域又有很大不同。

雨情监测。在水库灌区和南方山区布点相对密集，而对于北方则可较疏，西北干旱地区则必要性不大。目前主要采取的技术包括翻斗式、容栅式雨量计等。

水情监测。水情包括水位和流量，是大型灌区信息化的基础数据之一。一般情况下根据灌区管理单位的管理细致程度布点，主要是闸前、闸后，各级交接断面，重要配水点，以及在田间与收费相关的计量等。目前水位测量采取的主要技术包括压力、浮子、超声波、声波、电容、磁滞伸缩等，流量监测除泵站管道输水部分有采用电磁流量计以外，基本都采用建筑物量水配合自动水位采集装置计算流量和用水量。

闸位监测。闸位监测一般情况是结合闸门控制统一考虑，但不排除一部分目前由于投资或技术等原因，无法实现控制而仅仅监测闸位的信息点。布点针对主要的分水、节制和泄洪闸。主要技术有编码式、模拟量和超声波等。

工情监测。主要是指水工建筑物和衬砌渠道的应力、裂缝、位移、变形、渗漏等方面的数据信息，目前除大坝外极少采用。

墒情监测。是土壤水分运动的情况，由于其“以点代面”的代表性差，成本较高而一直存在争议，目前大多为试验性质，很难融入灌区具体管理工作。技术主要包括电导率测量法、时域反射和中子测量法等。

水质测量。由于灌区供水任务逐步增多，水质测量越来越受到重视，尤其与人体健康关系密切的浊度、氯化物、重金属、溶解氧等参数。布点一般为水库或供水出口。由于在线测量成本非常高，目前只有四川都江堰灌区投入实际生产。主要采取化学方法结合电子技术，根据测量参数不同具体技术也有所区别。

气象监测。主要是与灌溉相关的温度、湿度、气压、风向、风速、降雨、蒸发、光照、地温等气象要素的监测。由于与气象部门的信息共享较难，部分灌区自建小型气象站，用以在线监测小范围内的气象状况，一般采用一体化自动气象站。

视频监测。可视化管理是当前较为流行的技术，足不出户看到各个管理节点的工况，例如闸门、重要建筑物等。由于视频传输对网络带宽要求较高，过多的测点势必造成网络投资激增，因此实际应用范围也较小。

以上的监测内容就基本构成了灌区数据采集的核心，其工作方式包括：在线监测——即固定测点，实时传输上报；自报监测——即固定测点，按照定时或规定变幅自动上报；自记监测——即固定测点，将测量数据当地保存，隔一段时间通过人工取回；便携循检——即动态测点，配备一定数量的便携式仪器定期循检，通过数据接口上报；人工监测——即在传统人工监测的基础上通过计算机将信息数字化以后上报。

监测系统是大型灌区信息化管理动态数据的主要来源，是硬件建设的基本内容，其监测的项目和精度都应结合灌区需要有所取舍，监测点的数量依据管理的细化程度和投资多少确定，监测的方式应根据技术的发展而不断发展，其建设是一个长期过程。

1.4.1.2 控制系统建设内容

控制系统对于灌区来说控制目标一般只有闸门和泵站两个对象。

闸门的控制分有开度调节和无开度调节两种，主要针对分水闸、节制闸和泄洪闸。目前技术主要是针对传统螺杆、卷扬、液压启闭机的控制系统增加自动控制功能，除实现远控、遥控、集中控制之外，还能根据上下游水位实现过流量、闸位开高等闭环控制。具体来说：前者就是信息中心（一般为管理局）、信息分中心（一般为管理站）或闸控点（一般为管理所），无需到闸门所在现场就能直接进行启或闭的操作；后者则是指给出一段时间内指定的流量或闸位开高的目标值，由闸门控制系统现场自动调节。由于闸门一般位置偏远，能源供给、防尘防水、防盗防破坏的要求较高，近年来很多单位在这方面也做了很多研究，尤其是太阳能光伏供电技术已比较成熟。

泵站控制由于有很多工业自动控制技术可以借鉴或直接采用，一般跟随机电设备改造，节能改造等项目统一考虑，而多级泵站之间的协调调度才是提水灌区信息化的主要建设内容。近年来以甘肃景电灌区为代表的一系列泵站运行、监控、调度系统的建设已初见成效。

控制部分是实现配水、调度的具体动作，同样是大型灌区信息化硬件建设的基本内容，“控制点”数量确定取决于管理方式和投资规模。建设方式一般是先骨干，后分支，也有按控制区域，沿某一渠系（如某一支渠）自上而下成片建设的。

1.4.1.3 网络建设内容

通信网络是灌区信息化的载体，是数据、视频、语音传输的途径，目前主要使用自建网或公网，方式包括有线和无线，有线技术主要有光缆、电缆、电力线载波等，无线技术主要有微波、超短波、GPRS/CDMA等。一般分层次建设，管理局→管理站→管理所→信息点。由于灌区地域广阔，地形复杂，位置偏僻，往往用一种方式难以解决全部通信问题，因此大多灌区采用混合组网的方式。近年来随着公网的快速发展，越来越多的专家建议和灌区的选择都倾向于公共网络，其优点主要体现在不用用户自己维护，稳定性、安全性有保障等，但是由于公网覆盖面积有限，而且使用费用仍然偏高，大部分灌区目前还是选择自建网或部分采用公网。

1.4.1.4 软件建设内容

软件是灌区信息化能否发挥作用的关键所在。信息系统对提高管理水平的最主要作用一是代替部分手工作业，提高劳动生产率，二是通过计算机强大的计算能力分析数据，提供更精确的辅助决策支持。从近几年灌区信息化建设过程来看，大部分灌区重视硬件而忽略软件，使软件开发工作成为一个相对薄弱的环节。尤其是应用系统的开发，由于其技术含量高，专业性强，灌区之间差异大，从而造成通用平台开发周期长、难度大、投资高，目前尚无成熟产品。

我们一般把灌区信息化软件分为两大类。

（1）专业业务软件。专业业务软件是以水管理为核心的软件系统。包括预测预报、水量综合调度、水流模拟仿真、测控操作等方面。工作流程就是通过预测预报软件提供来水和需水的数据作为决策依据，根据这些依据通过计划调度软件产生用水计划和防洪等预案，通过模拟仿真进一步调整完善预案，最后通过测控操作软件实现自动调度控制，避免人为干预。

预测预报软件主要包括来水与需水两方面。来水的情况直接关系到灌区可用水量和防洪安全，其核心是降雨径流预报。需水的情况则直接关系到调度方案制定和水量分配，其核心是灌溉预报，同时要综合考虑发电和城市工业供水的需水情况。

水量综合调度是专业业务软件的核心内容，包括水库调度、泵站调度、渠系水调度等，它根据预测预报软件提供的辅助决策依据，结合经验与实际情况制定灌溉、发电、供水的计划，生成防洪预案和调度预案。

模拟仿真则是通过计算机模拟水库出入库、泵站提水和渠系水流状态，验证预案是否合理，并给出调整参考。

测控软件是最终的执行部分，属底层平台，它为预测预报提供必需的数据，同时执行生成的计划预案。

（2）综合业务管理软件。综合业务管理软件是以工程管理为核心的软件系统。除工程管理，如工程现状、老化数据、运行工况、新建或改造状况等以外，还包括：水电费征收、办公自动化（OA）、公用信息发布（网站等）、用水户协会管理、二级单位管理等内容。综合业务管理系统非常类似于企业ERP系统，这部分建设内容根据灌区管理需求的不同呈现出不同的侧重点，如山西夹马口的水费征收系统，石津、韶山灌区的工情管理系统等都很好地结合了灌区实际，取得了良好的效果。

1.4.2 行业管理建设内容

在行业管理方面进行了“全国大型灌区节水改造项目管理信息系统”“大型灌区基础数据库管理系统”“全国大型灌区电子地图管理系统”以及节水灌溉网站的开发建设。充分利用网络资源，建立技术支持平台、项目申报审批平台、项目管理平台等，使项目前期咨询、中期监督、后评价以及获取技术支持更加迅速、客观、高效。