刘春艳

（太原市轨道交通发展有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

太原市敦化灌区位于清徐县汾河二坝东部，潇河尾端西侧，属冲积平原型灌区，是太原市的粮食主产区之一。灌区始建于1958年，自1964年起经过四十多年的改建，相继新建了敦化一级站、王答和大寨两个二级站、南关抽水站和友谊站两个三级站，形成现在的三级四站的独立提水灌区。灌区主要利用汾河水进行灌溉，适当利用潇河洪水进行补充灌溉，担负着清徐县河东地区王答、西谷、孟封，徐沟四个乡镇36个村庄的0.70万hm2农田的灌溉任务。敦化灌区自建成受益以来，为促进当地农村经济的发展、农民增收和提高农业生产效益起到了重要的作用。

敦化灌区先后经过了泵站改造、末级渠道防渗改造、小型农田水利重点县和中型灌区改造等项目的实施，其节水灌溉体系已基本形成，节水灌溉工程运行效果良好，但在用水管理、可持续发展等方面还存在一些短板。根据党和国家关于加强农业和水利基础设施建设的有关政策，遵循“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期治水方针，围绕水利现代化要求，立足于灌区现状条件，为挖掘灌区现有潜力、提高灌溉水利用系数、发挥灌区综合节水效果、改善农业生产条件，开展了灌区节水改造顶层设计。

2 建设目标和主要任务

2.1 建设目标

敦化灌区现代化示范建设的总目标，是全面实现水利信息化。采取分期对灌区进行信息化改造的措施，基本建成覆盖灌区工程的水利信息化网络，建立灌区泵站及沿线闸站的远程监测、监控系统，建设和完善灌区水利基础数据库，建立运行安全、高效节能、管理先进的现代化灌溉工程体系和管理服务体系。在良好的工程硬件设施基础上，实现调度科学合理、运行自动控制、在线监测，确保工程高效、可靠运行，为各级水行政主管部门和管理单位提供准确、及时、有效的运行、水情信息，为科学管理和灌溉决策提供科学依据。

2.2 主要任务

根据灌区现代化建设的总体目标，在对泵站工程、渠道工程现状进行调查的基础上，按照灌区现代化建设对改造的总体要求，确定敦化灌区现代化建设的主要任务是灌区信息化建设，包括灌区信息化基础设施建设和灌区信息化软件系统建设两个方面。具体措施为：

（1）对已经损毁严重的敦化一级站和王答二级站的泵站厂房进行全面改造，以彻底改变泵站面貌，改善工作环境。

（2）对泵站的引渠、拦污栅、工作闸门、进水池、压力管道、出水池等设施，按照运行安全、可靠、适应信息化的原则进行全面改造；建设覆盖整个灌区的远程直流供电系统，为自动计量闸门、视频监视、网络设备等供电。

（3）对灌区部分渠系，主要包括：电一支渠、电二支渠、二支输水渠和电三支渠现有闸门的土建部分进行改造或重建，安装自动计量闸门系统，并配套远程监控和控制设备；建设覆盖灌区重要监测点的光纤通信网络。

（4）按照建设现代化灌区的要求，全面规划泵站的信息化建设，使泵站管理、运行达到信息化、自动化的目标。对灌区泵站、闸门、调度室等新建视频监视点，灌区管理中心布置网络录像机和操作键盘。

（5）改造完善灌区管理中心控制室设备，更换2×4m的DLP大屏幕。增加服务器及机房设备，采用网络多屏处理器，实现8路或16路DVI或VGA或VIDEO信号同时显示在大屏幕上。

（6）完善信息化系统，配套灌区信息服务系统、水资源调配决策支持系统、水费征收系统、运行伴随仿真系统、门户系统等，科学调水、取水、量水、用水。

3 灌区信息化建设

3.1 渠系建筑物自动化改造

传统闸门已不能适应灌区现代化管理的需求，闸门改造是灌区现代化改造的重点。本着“不改变渠道过流能力，保持原工程布局”的原则，在土建工程改造的基础上，将传统闸门更换为测控一体化闸门，并配套远程监控和控制设备；实现渠道过水流量的实时监控，使灌溉渠系实现“按需供水”；渠道过水流量可实时通过信息中心显示，灌区管理人员可通过信息中心实时控制闸门的开启高度来控制渠道流量，从而实现精确的灌溉自动化管理和控制。灌区因地制宜地开展量水技术研究，不仅提高了灌区的现代化管理水平，而且加大了供水的透明度，让用水户明明白白用水、清清楚楚交费。

灌区现代化建设安装的多种规格的自动计量闸门系统均为国产，国产化自动计量闸门系统的性能符合国情，且具有价格优势，完全可以替代同类国外产品。自动计量闸门终端设备包括：太阳能供电系统、电气控制台、闸门本体等三部分。系统测控部分的控制单元，采用高性能处理器；测流部分采用高精度、强适应性的传感器；驱动系统单元，采用耐用型直流电机。

3.2 灌区信息化建设

敦化灌区信息化建设采用现代科技手段，实现水位、流量、闸门开度等实时数据的采集、传输、处理与存储，并提供完善的数据库管理维护功能。能够提供数据查询、统计、分析功能，能够以图形、报表等多种方式对结果进行统计显示。

敦化灌区信息化系统，以敦化灌区管理局为中心，覆盖灌区范围内的泵站、自动计量闸门、渠系和灌区田块。设一个灌区管理中心、四个泵站监控点、57个闸门监控点、64个前端视频监视点、以及57处水位流量采集点。灌区管理中心设在灌区管理局，敦化灌区信息化总体结构见图1。

图1 敦化灌区信息化系统总体结构图

根据对信息的需求分析，本系统共涉及六个方面：信息采集、通信、闸门监控、视频监视、应用系统和配套工程。

（1）信息采集主要采集泵站的流量，自动计量闸门的水位、流量，土壤的墒情信息。信息采集采用RTU采集和处理信息，通过光纤传输。

灌区信息采集系统包括流量监测系统、墒情气象监测系统，按级别分为灌区管理中心、现地采集站2个级别。管理中心位于敦化灌区管理局内，现地采集站是位于灌区自动闸门的计量点和位于农田的墒情监测站。灌区信息采集系统建设目标是实现全灌区动态计划用水，科学调配，达到节约用水，提高经济效益的目的。

（2）通信系统覆盖区域涉及灌区管理局、泵站、闸门监控点、视频监视点等，采用光纤通讯。

依据敦化灌区的实际情况，将灌区的信息分为实时信息（闸门控制指令、视频信息）和非实时信息（水位、流量）。实时信息需要传输带宽高、及时，采用光纤通信，架空敷设36芯光缆；非实时信息采用GSM/GPRS通信。由于实时设备和非实时设备在同一个监测点，因此在灌区监控节点，采用光纤通信的方式。采用千兆以太网技术，将整个灌区通信网络组成大的局域网。

（3）闸门监控主要涉及57处自动计量闸门，采用PLC作为主控和通信设备，通过光缆远程通信。

闸门自动监控系统由现地监控系统和远程监控系统组成。现地监控系统主要由闸位计、PLC控制柜、光猫、单模光纤、控制及信号电缆、避雷装置、闸门驱动控制装置等设备组成。远程控制系统由远程控制计算机和监控软件组成。

闸门自动控制系统建设目标是实现对所管辖范围内渠道闸门运行的实时控制，并收集管理分中心渠道闸门的运行信息，提出全灌区配水计划，建立各种情况下的调度方案和处理预案，实现水资源的合理配置和优化调度。

（4）视频监视主要监视泵站的出水及运行状态、闸门的开启和闭合状态。采用网络视频服务器、光缆远程通信。

视频监视系统按级别可分为灌区管理中心、前端监控点2个级别，灌区管理中心位于敦化灌区管理局内，前端监控点位于泵站6处、调度室1处、自动计量闸门57处。视频监视系统建设目标是对灌区内各前端监控点实施24h监控，当发生泵站开启失败、闸门自动开启失败，开启角度错误等情况时，通过调度中心视频系统可以及时发现问题，对调水计划进行实时调整。

（5）应用系统采用基础平台和二次开发相结合，操作系统采用当前主流的操作系统。

灌区信息管理系统的建设是在深入分析灌区管理业务需求的基础上，综合运用组件技术、地理信息系统（GIS）、决策支持系统（DSS）等高新技术，与灌区管理、农业生产等业务相结合，构建先进、科学、高效、实用的灌区信息管理系统。根据应用需求，将灌区运行管理系统分为门户系统、灌区信息服务系统、灌区水资源调配决策支持系统、水费征收管理系统、灌区运行伴随仿真系统等5个系统。

（6）信息中心改造配套工程包括：信息中心的改造、光纤的铺设、远供直流电源系统的建设等。

灌区管理中心是全灌区范围内的水情、引水信息，水量调度的总控制中心，是水调系统整体应用软件和计算机网络系统功能的集中控制中枢和硬件存放区，敦化灌区管理局将监控调度室、中心机房、会议中心的功能整合到一起。改造内容有大屏幕显示系统、电子沙盘模型系统、服务器及网络系统、演示计算机系统、中心线路设计。

光纤的铺设以灌区管理局、电二支管理站、电一支管理站、王答二级站作为中继点，分别放置光纤交换机，作为整个通信网络的中继中枢。远供直流电源系统为灌区光纤中继点、远端视频设备、闸门控制设备供电，采用远程直流供电系统给所有用电设备提供电，解决了用电不稳定的问题。

4 结语

敦化灌区现代化示范建设一期、二期项目已实施完成，工程的实施为灌区水资源的合理配套提供了基础保障，实现了灌溉科学调度、自动控制、在线监测，保障了工程高效、可靠运行，为管理单位提供了准确、及时、有效的运行、水情信息，为科学管理和灌溉决策提供了科学依据，提高了灌区管理水平和农业生产综合能力，改善了农业生产条件。