專利名稱：灌區(qū)用水管理信息化結構體系的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于灌溉技術領域，公開了一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系。
背景技術：
新形勢下，實現(xiàn)灌區(qū)可持續(xù)發(fā)展將對灌區(qū)管理提出越來越高的要求，節(jié)水農(nóng)業(yè)必然 要求灌區(qū)用水管理向決策科學化、運行高效、節(jié)約資源的管理模式發(fā)展。灌區(qū)用水管理 走向信息化、智能化、現(xiàn)代化，將是未來灌區(qū)發(fā)展的必然趨勢。目前，我國灌區(qū)用水管 理的信息化程度還很低，尤其是灌區(qū)信息資源的開發(fā)、利用，與發(fā)達國家及其他行業(yè)相 比仍然存在較大差距。作為灌區(qū)用水管理信息化重要內(nèi)容的計算機應用，在總體上，我 國僅相當于發(fā)達國家20世紀70年代中后期的水平。
目前，有關灌區(qū)用水管理信息化結構體系的劃分方法很多，是一項非常復雜和難于 界定的工作，可以從應用的角度去劃分，也可以按信息技術自身的屬性去劃分。如有人 將其劃分為硬件和軟件兩部分，硬件是基于計算機、自動控制、信息網(wǎng)絡技術的集信息 采集、目標控制和信息傳輸為一體的集成化信息系統(tǒng)；軟件則是能使硬件發(fā)揮最大效用， 將信息整理、計算、分析，以實現(xiàn)輔助決策、科學調度的計算機應用軟件系統(tǒng)以及相應 的管理制度和管理方式的總稱。
現(xiàn)有技術中應用的灌區(qū)用水管理信息化結構體系都是針對某一具體灌區(qū)的劃分方 法，沒有統(tǒng)一的標準，所以缺乏通用性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供了一種根據(jù)灌區(qū)用水管理信息化的 實際情況，采用按信息技術自身屬性劃分的方法，構建符合實際的灌區(qū)用水管理信息化結 構體系，使其既不重復和交叉，通俗易懂，便于理解，又突出灌區(qū)用水管理信息化特點的 灌區(qū)用水管理信息化結構體系。
為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明釆取的技術方案是 一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系， 包括
灌區(qū)識別用于對灌區(qū)渠系及建筑物、管理機構和用水戶識別；
信息監(jiān)測用于完成灌區(qū)氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質的信息采集和輸出； 信息傳輸用于及時傳輸氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質信息給調度決策模 塊，并通過調度決策模塊再將需水信息傳輸給建筑物控制；
5建筑物控制用于對灌區(qū)的閘門和泵站進行動態(tài)調度；
調度決策模塊用于為灌區(qū)管理者提供決策依據(jù)和決策方案，控制灌區(qū)的用水量； 包括來水預報模塊、可供水預報模塊、需水預報模塊、水量配置模塊、水源優(yōu)化調度模 塊和平衡模塊。
所述的灌區(qū)識別包括
水源識別包括灌區(qū)用水水源識別和水源工程識別；用水水源識別分為地表水和地 下水；水源工程識別包括
1) 蓄水灌區(qū)取水設施水庫和閘門；
2) 自流引水灌區(qū)取水設施引水閘；
3) 井灌區(qū)取水設施井及其配套設備；
4) 提水灌區(qū)取水設施泵站及其配套設施；
5) 組合灌區(qū)取水設施包括上述不同類型灌區(qū)取水設施的組合； 灌區(qū)管理機構設置灌區(qū)的管理人員，并進行分級管理；
用水戶識別分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鄉(xiāng)生活、生態(tài)及綜合用水單元用水單元，將農(nóng)業(yè) 用水單元和城鄉(xiāng)生活用水單元按照行政系統(tǒng)進行識別；
所述灌區(qū)識別通過編碼法、自定義續(xù)接搭建法、可視化創(chuàng)建法、電子地圖和地理信 息系統(tǒng)進行分類。
所述的信息監(jiān)測包括
氣象監(jiān)測包括降雨量、氣溫、氣壓、濕度、風速、水面蒸發(fā)量、地溫、日照，其 中以降雨量監(jiān)測為重點，包括降雨分布、降雨量、降雨強度和歷時、天氣發(fā)展趨勢及后 續(xù)降雨等情況，這些信息主要由靠分布在各地的氣象站收集；
墑情監(jiān)測包括土壤化學性質、物理結構、水分狀況以及作物生長發(fā)育狀況； 水情監(jiān)測包括地表水監(jiān)測和地下水監(jiān)測；地表水監(jiān)測內(nèi)容包括河道流量、流速、
含沙量、水位數(shù)據(jù)，通過沿河設立的水文站和水位站進行觀測；地下水監(jiān)測內(nèi)容包括地
下水位、地下水埋深、地下水溫度；
工情監(jiān)測包括河道上所有工程情況，是堤防工程、涵閘工程、放淤固堤、河道整
治、堤防道路、險工險點、防浪林、截滲墻的工程信息；
閘位監(jiān)測包括閘門開啟高度、閘門上下游水位、閘門啟閉機及閘門運行狀態(tài)； 水質監(jiān)測包括對水體容量、污染源、企業(yè)排污量污染物水質狀況、各水功能區(qū)水
體水質狀況參數(shù)的監(jiān)測；所述信息監(jiān)測方式分為實時影像可視化監(jiān)測、實時模擬可視化監(jiān)測、實時采集、實 時記錄定期采集、人工觀測記錄；所述信息監(jiān)測內(nèi)容分為監(jiān)測點描述、監(jiān)測信息錄入、 監(jiān)測信息查詢、監(jiān)測信息輸出、監(jiān)測信息顯示。
所述的信息傳輸包括通信網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡、通信連接、通信查詢和通信聯(lián)系基 本單元；
所述信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒譃楣饫w通信、公共電話通信、微波通信、無線超短波通 信、衛(wèi)星通信、移動通信、通用無線分組業(yè)務和媒介轉接通信； 所述的建筑物控制包括 閘門遠動監(jiān)控系統(tǒng)
根據(jù)調度決策模塊需要流量值的申請，通過計算機向設置成遠動控制的閘門現(xiàn)地控 制單元發(fā)送指令，閘門現(xiàn)地控制單元根據(jù)接收到指令和現(xiàn)場水位傳感器送入的目前數(shù) 值，自動完成對閘門開啟、關閉或開啟高度的調整，并將執(zhí)行結果上報調度中心計算機；
閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)
閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)安裝在閘門啟閉機室，由丌度傳感器、智能閘門測控儀表、控制 電器、邏輯保護電路、操作按鈕狀態(tài)指示燈、電流電壓顯示表組成，成套于一臺機柜， 通過端子與閘位傳感器、荷重傳感器、機械限位、閉銷保護、啟閉機、三相交流電源進 線連接構成；
泵站自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)
由監(jiān)測中心、監(jiān)測中心設備、前端設備、前端控制設備四部分組成；泵站自動化監(jiān) 測與控制系統(tǒng)通過與機組控制模塊連接，運程控制機組運行啟動、關停。 所述的調度決策模塊包括 來水預報模塊用來預報灌區(qū)的徑流過程； 可供水預報模塊用來預報灌區(qū)的供水能力； 需水預報模塊用來預報灌區(qū)的需水過程；
水量配置模塊根據(jù)對需水預報模塊所得的結果，按照需水模塊各用水單元的需求 進行水量優(yōu)化配置；
水源優(yōu)化調度模塊用來解決地表水源、地下水源和可循環(huán)利用水源的水質水量的 統(tǒng)一優(yōu)化調度問題；
平衡模塊用來協(xié)調供水預報模塊、需水預報模塊、水量配置模塊和水源優(yōu)化調度 模塊之間的關系。本發(fā)明實施例的有益效果是
本發(fā)明實施例實現(xiàn)了灌區(qū)用水調度決策的信息化、科學化，達到節(jié)水、水資源高效利 用的目的。構建符合實際的灌區(qū)用水管理信息化結構體系，使其既不重復和交叉，通俗易 懂，便于理解，又突出灌區(qū)用水管理信息化特點的灌區(qū)用水管理信息化結構體系。提高灌 區(qū)用水信息采集、傳輸、處理自動化程度，降低灌區(qū)管理成本，全面實現(xiàn)灌區(qū)優(yōu)化調度和 現(xiàn)代化管理，最終促進灌區(qū)"節(jié)水、增效、改善生態(tài)"，同時也為更好地促進灌區(qū)供水服 務水平的提高，顯著改善供水服務的安全性、公平性、可靠性和靈活性，提供了有力高效 的技術平臺。


圖1是本發(fā)明實施例的結構框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。 一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，參見圖l，包括
(一)灌區(qū)識別101:用于對灌區(qū)渠系及建筑物、管理機構和用水戶102識別。 灌區(qū)識別分為渠系及建筑物識別(包括水源、渠系設施、量水設施、控制設施)、 管理機構(包插管理局、管理所、管理段)、用水戶識別(包括農(nóng)業(yè)用水單元、工業(yè)用 水單元、生活用水單元、生態(tài)用水單元、綜合用水單元)；可以通過編碼法、自定義續(xù) 接搭建法、可視化創(chuàng)建法、電子地圖和地理信息系統(tǒng)進行分類。 (1)水源識別
水源識別包括灌區(qū)用水水源識別和水源工程識別。灌區(qū)水源可分為地表水和地下 水。地表水有江河水、湖泊水、水庫水、海水和雨水等；地下水有潛水、承壓水和泉水 等。水源工程有時也稱為取水設施，該類建筑物往往是灌區(qū)最重要的工程設施，灌區(qū)灌 溉所需的水均由取水設施引進渠道，再由渠道輸往FH間。取水設施的類別
1) 蓄水灌區(qū)取水設施主要有水庫和閘門；
2) 自流引水灌區(qū)取水設施主要是引水閘，有些灌區(qū)可能還有雍水建筑物，如小型 的溢流壩、橡膠壩，堰；
3) 井灌區(qū)取水設施主要是井及其配套設備；
4) 提水灌區(qū)取水設施主要是泵站及其配套設施；
5) 組合灌區(qū)取水設施包括上述不同類型灌區(qū)取水設施的組合。 除上述取水設施外，有些灌區(qū)還包括以下幾種設施重力壩主要依靠自身重量抵抗水的作用力等荷載以維持穩(wěn)定的壩。 拱壩在平面上拱向上游將荷載主要傳遞給兩岸的曲線型壩。
土石壩用土、砂、砂礫石、卵石、塊石、風化巖等當?shù)夭牧咸钪傻膲巍?溢流堰水庫、渠道中用以宜泄、控制水流溢流的堰。
溢洪道從水庫向下游泄放超過水庫調蓄能力的洪水以保證工程安全的泄水建筑物。
(2) 灌區(qū)管理機構
大中型灌區(qū)大多數(shù)采用專業(yè)管理與農(nóng)民集體管理相結合的管理形式，即由同級人民 政府成立灌區(qū)專管機構，負責支渠(含支渠)以上的工程管理和用水管理；支渠以下由 受益戶推選出來的支斗渠委員會或支斗渠長進行管理，支斗渠委員會或支斗渠長受灌區(qū) 專管機構的領導和業(yè)務指導；小型灌區(qū)基本上采取農(nóng)民集體管理，即由受益戶直接推選 管理委員會或專人進行管理。不同灌區(qū)的灌區(qū)管理機構設置是不同的，比較大的灌區(qū)一 般都設置三級管理機構，即管理局(處)、管理所(站)、管理段(點)，灌區(qū)用水管理 人員可以參照人事管理系統(tǒng)的設計進行識別。
(3) 用水戶識別
灌區(qū)用水戶可分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鄉(xiāng)生活及生態(tài)用水單元。其中農(nóng)業(yè)用水單元和城 鄉(xiāng)生活用水單元基本與灌區(qū)內(nèi)的行政系統(tǒng)相聯(lián)系，為與國家按照行政系統(tǒng)進行統(tǒng)計的口 徑相一致，應將農(nóng)業(yè)用水單元和城鄉(xiāng)生活用水單元按照行政系統(tǒng)進行識別。
a. 農(nóng)業(yè)用水是灌區(qū)用水的大戶，對農(nóng)業(yè)用水單元的準確識別是灌區(qū)制訂用水計劃 的重要依據(jù)。根據(jù)我國的灌區(qū)管理體制和農(nóng)業(yè)用水的特點，農(nóng)業(yè)用水單元的屬性應包括 由灌區(qū)管理的末級渠系控制范圍內(nèi)的灌溉用水戶(縣、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)、村、組、農(nóng)戶)、行政 隸屬關系、作物種植結構、渠系及相關建筑物特性等。
b. 工業(yè)用水單元屬性包括工業(yè)用水戶的類別、用水定額、用水規(guī)模等。工業(yè)用水 一般指工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，用于制造、加工、冷卻、凈化、洗滌等生產(chǎn)用水和廠內(nèi) 生活用水。工業(yè)用水量按取水量計，不包括企業(yè)內(nèi)部的重復利用量。
C.城鄉(xiāng)生活用水單元屬性包括其人口狀況、生活用水定額等情況，其行政級別的 確定與農(nóng)業(yè)用水單元相同。
d.生態(tài)用水單元屬性包括生態(tài)用水的種類、數(shù)量和分布等。生態(tài)用水一般分為河 道內(nèi)生態(tài)用水和河道外生態(tài)用水兩類。河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水一般分為維持河道基本功能 和河口生態(tài)環(huán)境用水。河道外生態(tài)環(huán)境用水一般分為湖泊濕地生態(tài)環(huán)境與建設用水、城市景觀用水等。
e.綜合用水單元是針對灌區(qū)內(nèi)存在交叉用水的用水戶設置的，如農(nóng)業(yè)用水單元內(nèi) 兼有工業(yè)用水單元或其它用水單元，而在實際用水戶識別中又難以將其一一區(qū)分，則將 其定義為綜合用水單元。
(二)信息監(jiān)測103:用于完成灌區(qū)氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質等104 的信息采集和輸出。
信息監(jiān)測和采集系統(tǒng)主要完成氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質等信息采集和 報送，為灌區(qū)的水資源合理配置和監(jiān)控調度，提供準確及時、可靠的基礎信息服務，是 灌區(qū)用水管理信息化程度的重要保障。信息監(jiān)測對象分為雨情監(jiān)測、墑情監(jiān)測、水位監(jiān) 測、閘位監(jiān)測、流速監(jiān)測、水質監(jiān)測、泵站監(jiān)測、工情監(jiān)測、氣象監(jiān)測、視頻監(jiān)測；監(jiān) 測方式分為實時影像可視化監(jiān)測、實時模擬可視化監(jiān)測、實時采集、實時記錄定期采集、 人工觀測記錄；將監(jiān)測內(nèi)容分為監(jiān)測點描述、監(jiān)測信息錄入、監(jiān)測信息査詢、監(jiān)測信息 輸出、監(jiān)測信息顯示。
(1) 氣象監(jiān)測要素包括降雨量、氣溫、氣壓、濕度、風速、水面蒸發(fā)量、地溫、 日照等，其中以降雨量監(jiān)測為重點，包括降雨分布、降雨量、降雨強度和歷時、天氣發(fā) 展趨勢及后續(xù)降雨等情況等，這些信息主要由靠分布在各地的氣象站收集。
(2) 墑情監(jiān)測要素應包括土壤化學性質、物理結構、水分狀況以及作物生長發(fā)育 狀況。灌溉科研成果表明，水對農(nóng)作物生長既有正面影響，也有負面影響。因此，要做 到農(nóng)作物灌水的適時適量，就必須實時掌握各種農(nóng)作物生育進程中對水的需求，制訂出 科學的配水方案和計劃。
(3) 水情監(jiān)測應包括地表水監(jiān)測和地下水監(jiān)測。地表水監(jiān)測內(nèi)容包括河道流量、 流速、含沙量、水位等數(shù)據(jù)， 一般通過沿河設立的水文站和水位站進行觀測。在汛期防 汛部門還常常加設臨時水位站。地下水監(jiān)測內(nèi)容包括地下水位、地下水埋深、地下水溫 度等要素。
(4) 工情監(jiān)測應包括河道上所有工程情況，是堤防工程、涵閘工程、放淤固堤、 河道整治、堤防道路、險工險點、防浪林、截滲墻等各種工程信息。
(5) 閘位監(jiān)測包括閘門丌啟高度、閘門上下游水位、閘門啟閉機和閘門運行狀態(tài)。
(6) 水質監(jiān)測應包括對水體容量、污染源、企業(yè)排污量污染物水質狀況、各水功 能區(qū)水體水質狀況參數(shù)的監(jiān)測。水質監(jiān)測內(nèi)容視具體情況確定，主要用來預警預報流域 性的水質污染事件和事故，監(jiān)督各水功能區(qū)的排放達標狀況。
10(三)信息傳輸105:用于及時傳輸信息檢測的信息給調度決策模塊106，并通過 調度決策模塊106再將需水信息傳輸給建筑物控制107;可根據(jù)灌區(qū)的實際需求和發(fā)展
水平選擇光纖通信、公共電話通信、微波通信、無線超短波通信、衛(wèi)星通信、移動通信、 通用無線分組業(yè)務和媒介轉接通信等其中的一種或幾種傳輸方式。
信息傳輸是灌區(qū)用水管理信息化的載體，是數(shù)據(jù)、視頻、語音傳輸?shù)耐緩?，是灌區(qū) 用水管理信息化得以實現(xiàn)的通道?？煽康耐ㄐ啪W(wǎng)絡系統(tǒng)及計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)是保證灌區(qū)用 水管理信息化高效運行的重要條件。建立灌區(qū)信息中心一監(jiān)控站一采集點網(wǎng)絡結構，及 時傳輸氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質、主要建筑物動態(tài)監(jiān)控信息，以及工程調 度運行數(shù)據(jù)、語言、視頻信息。同時建立計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)為各類信息采集、數(shù)據(jù)庫應用、 用水優(yōu)化調度、運行監(jiān)控管理等應用提供服務平臺。信息傳輸分為通信網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)
絡、通信連接、通信查詢和通信聯(lián)系等基本單元；將通信方式分為光纖通信、公共電話 通信、微波通信、無線超短波通信、衛(wèi)星通信、移動通信、通用無線分組業(yè)務和媒介轉 接通信等。
(1) 信息傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式 組網(wǎng)方式是確定通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的主要內(nèi)容。要確定信息傳輸?shù)慕M網(wǎng)方式，首先必須
進行信息需求分析，這種分析一般而^應是自上而下，也可以自下而上。
自上而下分析法，也就是從目標出發(fā)，有明確的管理決策目的，向下追尋，為實現(xiàn) 這些目標，需要各個層面提供什么樣的信息，它應包括信息的表現(xiàn)形式，信息的獲取方 式，信息的更新頻率，信息的時間標識等基本屬性。實踐表明，這種方式具有很強的針 對性，因而也是比較經(jīng)濟的，它能確保灌區(qū)管理決策所需要的信息既是必要的也是充分 的。
(2) 計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)設計
按照灌區(qū)大小和管理層次，灌區(qū)用水管理信息化計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)一般可分為二級或 三級，每一級構成一個局域網(wǎng)，如果級與級之間距離較遠，超五類雙絞線無法實現(xiàn)互聯(lián)， 可以采用光纖或擴頻通訊組成一個統(tǒng)一的計算機局域網(wǎng)絡。
一般計算機局域網(wǎng)宜采用客戶機/服務機或B/S (瀏覽器/服務器)網(wǎng)絡類型，拓撲結構 采用星形結構(計算機網(wǎng)絡的拓撲結構可以分為環(huán)形網(wǎng)、星形網(wǎng)、總線形網(wǎng)等)，組網(wǎng)技 術采用快速以太網(wǎng)或千兆以太網(wǎng)技術，網(wǎng)絡協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，傳輸設備采用雙絞線、 光纖或無線網(wǎng)橋(擴頻通訊設備)，傳送信號采用交換機或集線器，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)采用Unk、 Windows XP或Linux，可以支持多種業(yè)務的開展，從數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群途W(wǎng)絡容量上來講都可以滿足信息化當前和未來發(fā)展的需求，也可以為以后網(wǎng)絡的升級打下基礎且具有良好的 可擴展性。
灌區(qū)用水管理信息化計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)具有以下功能
1)文件系統(tǒng)服務，為網(wǎng)絡用戶提供大容量存儲空間和文件共享訪問服務。2)應用系 統(tǒng)服務，為網(wǎng)絡用戶提供水情、工程等結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)的查詢、檢索、計算、 更新等服務；
3) FTP服務，為網(wǎng)絡用戶提供文件傳輸服務；
4) WWW服務，為網(wǎng)絡用戶提供外部Internet服務；
5) Intranet服務，為網(wǎng)絡用戶提供灌區(qū)用水管理的Internet服務；
6) IP電話服務，為網(wǎng)絡用戶提供基于網(wǎng)絡的電話服務；
7) 業(yè)務服務，為網(wǎng)絡用戶提供各項專業(yè)系統(tǒng)服務。
(四)建筑物控制107:通過信息監(jiān)測104獲得的信息傳輸?shù)秸{度決策模塊106并經(jīng) 過調度決策模塊系統(tǒng)分析得出需要調度的建筑物控制信息，用于對灌區(qū)的閘門和泵站進行 動態(tài)調度。
建筑物控制指對灌區(qū)的閘門和泵站等控制建筑物的管理，是實現(xiàn)灌區(qū)用水管理信息化 的關鍵環(huán)節(jié)。為實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，特別是在渠系配水過程中，需要對部分控制建筑 物如配水閘、節(jié)制閘、泄洪閘、泵站等進行動態(tài)調度，因此在用水管理信息化建設中需要 設置控制功能。本發(fā)明將建筑物控制分為控制對象描述、控制方式、控制參數(shù)設置、控制 結果輸出、控^過程顯示單元；控制方式分為現(xiàn)地手動控制、現(xiàn)地自動控制、分布式控制、 集中式控制、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制(Supervisory Control And Data Acquisition,簡稱 SCAD A)系統(tǒng)。
(1)閘門遠動監(jiān)控系統(tǒng)
閘門遠動控制，即根據(jù)調度決策模塊需要流量值的申請，調度員通過計算機向設置 成遠動控制的閘門現(xiàn)地控制單元發(fā)送指令，閘門現(xiàn)地控制單元根據(jù)接收到指令和現(xiàn)場水位 傳感器送入的目前數(shù)值，自動完成對閘門開啟、關閉或丌啟高度的調整，并將執(zhí)行結果上 報調度中心計算機。
數(shù)據(jù)采集自動進行實時數(shù)據(jù)采集、傳輸、校驗、報警、計算、存儲等，包括閘門位 置、閘前水位、故障指示、過載繼電器狀態(tài)、接觸器狀態(tài)等。
數(shù)據(jù)處理對實時數(shù)據(jù)進行濾波、數(shù)據(jù)檢查、越限檢測，按功能要求生產(chǎn)報警和報告 標志，建立實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫并向上級數(shù)據(jù)庫傳送數(shù)據(jù)；歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、查詢。
實時控制提供直觀的控制畫面，動態(tài)顯示閘門啟閉操作過程。在集中控制方式下， 可以遠程控制閘門的啟閉停，也可以指定閘門啟閉到某一特定位置。
安全運行監(jiān)視包括狀態(tài)監(jiān)視、過程監(jiān)視、異常監(jiān)視等，系統(tǒng)故障或誤操作提示及報 警，操作過程中的可靠性校核及閉鎖功能；
離線分析對監(jiān)測數(shù)進行誤差處理，整編計算、統(tǒng)計分析、模型解析，揭示閘門實際 運行狀況。具有數(shù)據(jù)比較功能。
運行參數(shù)設置與修改。
事件順序記錄閘閥啟閉操作運行記錄，故障、越限報警記錄。
生產(chǎn)管理"閘啟閉記錄表、事故記錄表、設備狀態(tài)統(tǒng)計表、生產(chǎn)運行統(tǒng)計表、狀態(tài)曲 線、操作流程圖、限值設定表、電氣主接線、系統(tǒng)框圖等。 制表與打印定時打印、召喚打印、隨機打印。
數(shù)據(jù)庫管理主要有實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)厙的生成、增升、維護以及各種數(shù)據(jù)庫文 件的共享和轉換等。
多級操作員安全等級設置，多重密碼設置。 系統(tǒng)自診斷、自恢復。
數(shù)據(jù)通訊監(jiān)控中心與上級防汛中心的通訊聯(lián)系。
控制優(yōu)先權順序現(xiàn)地手動、現(xiàn)地自動、管理中心。 (2)閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)
閘門現(xiàn)地控制單元安裝在閘門啟閉機室，由丌度傳感器、智能閘門測控儀表、控制電 器、邏輯保護電路、操作按鈕狀態(tài)指示燈、電流電壓顯示表等組成，成套于一臺機柜(標 準機柜或非標準機柜、臺、箱)，通過端子與閘位傳感器、荷重傳感器、機械限位、閉銷 保護、啟閉機、三相交流電源進線等連接構成。
顯示功能數(shù)字顯示閘位、荷重、行程設定值、荷重兩級報警設定值、電網(wǎng)電壓、運 行電流等參數(shù)；提升、降落等各各種運行狀態(tài)指示。
參數(shù)設定通過按鍵設定行程值、上下限位置、荷重兩級報警設定值等參數(shù)。
操作閘門通過按鍵可提升、降落閘門到指定位置。
安全保護具有數(shù)字電子限位、機械限位、負載過荷、工作超時、啟閉機過流、方式 閉鎖等多重保護功能，確保閘門運行安全可靠。
通訊功能可遠程修改參數(shù)，遵循最后一次有效原則；實時過程參數(shù)、運行狀態(tài)上傳；
13接受并執(zhí)行遠程遙控控制命令，精確提升、降落閘門到指定位置。
多種控制方式手動控制，在智能閘門測控儀、PLC計算機等設備發(fā)生故障的情況下， 可手動提升、降落閘門；自動控制，預置閘門行程設定值，可精確提升、降落閘門到指定 位置；運程控制，接受并執(zhí)行遠程遙控命令，精確提升、降落閘門到指定位置。三種控制 方式的優(yōu)先級可以進行設定。
(3)泵站自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)
泵站自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)通過與機組控制模塊連接，運程控制機組運行啟動、關停。 泵站自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)一般由監(jiān)測中心、監(jiān)測中心設備、前端設備、前端控制設備四 部分組成。
泵站監(jiān)控中心PC驅動通信模塊向泵站終端下發(fā)控制信息，及接收下位機上報的數(shù)據(jù) 及告警信息，同時對采集的數(shù)據(jù)進行管理，提供查詢、統(tǒng)計、報表打印等功能，數(shù)據(jù)為泵 站設備上的電壓、電流、電度、壓力、流量、液位、機組丌停機狀況，能完成流量和電度 計算。
監(jiān)測中心設備主要由數(shù)據(jù)服務器和數(shù)據(jù)傳輸模塊(臺式)、通信轉換器組成，服務器 上安裝操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件組成；
前端設備主要由測控設備、采集處理設備、通訊傳輸模塊、信號轉換控制器、開關電 源、蓄電池、逆變器、UPS控制器等部分組成，
前端控制設備包括泵站的水泵啟動控制柜裝置，前端測量設備包括現(xiàn)場的一次儀表。 (五)調度決策模塊106:用于為灌區(qū)管理者提供決策依據(jù)和決策方案，根據(jù)六大 模塊108之間的協(xié)調控制灌區(qū)的用水量。
調度決策楔塊是實現(xiàn)灌區(qū)水資源的高效利用和優(yōu)化配置的關鍵，需要建立基于來水預 報模塊、需水預報模塊、水量優(yōu)化調配模塊等用水管理模塊的專業(yè)軟件系統(tǒng)，同時還應建 立一般水務管理軟件系統(tǒng)如水費管理、基礎數(shù)據(jù)管理、技術檔案管理等。這兩類軟件系統(tǒng)
在通過信息監(jiān)測104和灌區(qū)識別101獲得的數(shù)據(jù)、信息支持下，為灌區(qū)管理者提供決策依
據(jù)和決策方案。調度決策模塊分為模塊選擇、基本資料錄入、參數(shù)設置、決策結果輸出和
決策過程顯示單元；將灌區(qū)用水管理調度決策模塊分為來水預報模塊、可供水預報模塊、 需水預報模塊、水量配置模塊、水源優(yōu)化調度模塊和平衡模塊。
來水預報模塊主要是預報灌區(qū)的徑流過程。該模塊充分利用灌區(qū)內(nèi)已有的通過信息監(jiān) 測系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)，將降雨、騰發(fā)、土壤、地形地貌、植被等大量的實測資料輸入水文模 型中，預報灌區(qū)的徑流過程，在灌區(qū)識別系統(tǒng)獲得灌區(qū)灌排系統(tǒng)和蓄水系統(tǒng)分布的基礎上，合理確定降雨徑流在灌區(qū)內(nèi)和灌區(qū)外的量質分布。
可供水預報模塊主要是用來預報灌區(qū)的供水能力。該模塊充分利用灌區(qū)識別、信息 監(jiān)測和來水預報模塊獲得的數(shù)據(jù)，依據(jù)系統(tǒng)來水條件、工程狀況、需水要求及相應的運 用調度方式和規(guī)則，具體從現(xiàn)有供水工程、規(guī)劃供水工程、病險水庫加固改造、灌區(qū)工程 續(xù)建配套、調水工程、雨水積蓄利用、污水處理利用、海水利用等這幾個方面進行分析預 報，而且應根據(jù)不同水文年型，對灌區(qū)的可供水量進行預報。
需水預報模塊主要是預報灌區(qū)的需水過程。灌區(qū)需水包括工業(yè)需水、農(nóng)業(yè)需水、生活 需水和生態(tài)需水，需水預報結果的準確性取決于對已有資料的解讀和對未來需水的準確判 斷；農(nóng)田灌溉需水量是灌區(qū)總需水量的主要部分，因此農(nóng)ffl灌溉需水的預測精度決定了灌 區(qū)需水預報模塊的精度。有關農(nóng)田灌溉需水量方面的預報模型主要有實時預報模型、短期 預報模型和中長期預報模型，而每一種模型又可分為確定性模型和不確定模型。
水量配置模塊主要針對需水預報模塊所得的結果，按照需水模塊各用水單元(農(nóng)業(yè)用 水單元、工業(yè)用水單元、生活用水單元和生態(tài)用水單元)的需求進行優(yōu)化配置的功能，水 量配置模塊是調度決系統(tǒng)中最為關鍵的環(huán)節(jié)。灌區(qū)水量配置過程主要通過灌區(qū)的渠道工 程、管道工程和控制工程完成，其中以滿足農(nóng)田灌溉用水需求的水量優(yōu)化配置為灌區(qū)水量 優(yōu)化配置的主要內(nèi)容。
水源優(yōu)化調度模塊主要解決地表水源、地下水源和可循環(huán)利用水源等水源水質水量的 統(tǒng)一優(yōu)化調度問題。充分考慮現(xiàn)有灌區(qū)工程的布局(通過灌區(qū)識別系統(tǒng)獲得)，借助日趨 成熟的多目標或單目標優(yōu)化方法，以實現(xiàn)灌區(qū)綜合效益(社會效益、'經(jīng)濟效益、生態(tài)效益 等)最大化為目標，以可供水模塊和需水模塊為基礎，實現(xiàn)灌區(qū)多水源在時間上和空間上 的優(yōu)化調度。
平衡模塊主要用來協(xié)調來水預報模塊、需水預報模塊、可供水預報模塊、水量配置模 塊和水源優(yōu)化調度模塊之間的關系，是這五個模塊的紐帶和橋梁。如進行可供水量和需水 量之間的水量平衡分析時，就需要調用平衡模塊。當滿足設定的平衡條件時，容易實現(xiàn)灌 區(qū)用水管理的調度決策；而當不滿足設定的平衡條件時，則需調用水源優(yōu)化調度模塊和水 量配置模塊，通過反復調整調度決策系統(tǒng)中的參數(shù)，同時考慮用水的輕重緩急，實現(xiàn)盡可 能滿足需水預報模塊中各需水單元的水質水量用水目標。
本發(fā)明專利將灌區(qū)用水管理信息化系統(tǒng)分為灌區(qū)識別、信息監(jiān)測、信息傳輸、建筑物 控制和調度決策五個方面，較為完整地構建了灌區(qū)用水管理信息化結構體系，對統(tǒng)一灌區(qū) 用水管理信息化建設標準，避免灌區(qū)用水管理信息化重復丌發(fā)、重復建設，實現(xiàn)灌區(qū)間信
15息資源共享和建立全國灌區(qū)用水管理信息化網(wǎng)絡具有重要的指導意義。
以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人員在 本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，其特征在于，包括灌區(qū)識別用于對灌區(qū)渠系及建筑物、管理機構和用水戶識別；信息監(jiān)測用于完成灌區(qū)氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質的信息采集和輸出；信息傳輸用于及時傳輸氣象、墑情、水情、工情、閘位、水質信息給調度決策模塊，并通過調度決策模塊再將需水信息傳輸給建筑物控制；建筑物控制用于對灌區(qū)的閘門和泵站進行動態(tài)調度；調度決策模塊用于為灌區(qū)管理者提供決策依據(jù)和決策方案，控制灌區(qū)的用水量；包括來水預報模塊、可供水預報模塊、需水預報模塊、水量配置模塊、水源優(yōu)化調度模塊和平衡模塊。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，其特征在于所述 的灌區(qū)識別包括水源識別包括灌區(qū)用水水源識別和水源工程識別；用水水源識別分為地表水和地 下水；水源工程識別包括1) 蓄水灌區(qū)取水設施水庫和閘門；2) 自流引水灌區(qū)取水設施引水閘；3) 井灌區(qū)取水設施井及其配套設備；4) 提水灌區(qū)取水設施泵站及其配套設施；5) 組合灌區(qū)取水設施包括上述不同類型灌區(qū)取水設施的組合； 灌區(qū)管理機構設置灌區(qū)的管理人員，并進行分級管理；用水戶識別分為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鄉(xiāng)生活、生態(tài)及綜合用水單元用水單元，將農(nóng)業(yè) 用水單元和城鄉(xiāng)生活用水單元按照行政系統(tǒng)進行識別；所述灌區(qū)識別通過編碼法、自定義續(xù)接搭建法、可視化創(chuàng)建法、電子地圖和地理信 息系統(tǒng)進行分類。
3. 根據(jù)權利要求l所述的一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，其特征在于所述 的信息監(jiān)測包括氣象監(jiān)測包括降雨量、氣溫、氣壓、濕度、風速、水面蒸發(fā)量、地溫、日照，其 中以降雨量監(jiān)測為重點，包括降雨分布、降雨量、降雨強度和歷時、天氣發(fā)展趨勢及后 續(xù)降雨等情況，這些信息主要由靠分布在各地的氣象站收集；墑情監(jiān)測包括土壤化學性質、物理結構、水分狀況以及作物生長發(fā)育狀況；水情監(jiān)測包括地表水監(jiān)測和地下水監(jiān)測；地表水監(jiān)測內(nèi)容包括河道流量、流速、 含沙量、水位數(shù)據(jù)，通過沿河設立的水文站和水位站進行觀測；地下水監(jiān)測內(nèi)容包括地 下水位、地下水埋深、地下水溫度；工情監(jiān)測包括河道上所有工程情況，是堤防工程、涵閘工程、放淤固堤、河道整 治、堤防道路、險工險點、防浪林、截滲墻的工程信息；閘位監(jiān)測包括閘門丌啟高度、閘門上下游水位、閘門啟閉機及閘門運行狀態(tài)；水質監(jiān)測包括對水體容量、污染源、企業(yè)排污量污染物水質狀況、各水功能區(qū)水 體水質狀況參數(shù)的監(jiān)測；所述信息監(jiān)測方式分為實時影像可視化監(jiān)測、實時模擬可視化監(jiān)測、實時采集、實 時記錄定期采集、人工觀測記錄；所述信息監(jiān)測內(nèi)容分為監(jiān)測點描述、監(jiān)測信息錄入、 監(jiān)測信息査詢、監(jiān)測信息輸出、監(jiān)測信息顯示。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，其特征在于所述 的信息傳輸包括通信網(wǎng)絡、計算機網(wǎng)絡、通信連接、通信查詢和通信聯(lián)系基本單元；所述信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒譃楣饫w通信、公共電話通信、微波通信、無線超短波通 信、衛(wèi)星通信、移動通信、通用無線分組業(yè)務和媒介轉接通信；
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，其特征在于所述 的建筑物控制包括閘門遠動監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)調度決策模塊需要流量值的申請，通過計算機向設置成遠動控制的閘門現(xiàn)地控 制單元發(fā)送指令，閘門現(xiàn)地控制單元根據(jù)接收到指令和現(xiàn)場水位傳感器送入的目前數(shù) 值，自動完成對閘門開啟、關閉或開啟高度的調整，并將執(zhí)行結果上報調度中心計算機；閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)安裝在閘門啟閉機室，由開度傳感器、智能閘門測控儀表、控制 電器、邏輯保護電路、操作按鈕狀態(tài)指示燈、電流電壓顯示表組成，成套于一臺機柜， 通過端子與閘位傳感器、荷重傳感器、機械限位、閉銷保護、啟閉機、三相交流電源進 線連接構成；泵站自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)由監(jiān)測中心、監(jiān)測中心設備、前端設備、前端控制設備四部分組成；泵站自動化監(jiān) 測與控制系統(tǒng)通過與機組控制模塊連接，運程控制機組運行啟動、關停。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，其特征在于所述的調度決策模塊包括來水預報模塊用來預報灌區(qū)的徑流過程； 可供水預報模塊用來預報灌區(qū)的供水能力； 需水預報模塊用來預報灌區(qū)的需水過程；水量配置模塊根據(jù)對需水預報模塊所得的結果，按照需水模塊各用水單元的需求 進行水量優(yōu)化配置；水源優(yōu)化調度模塊用來解決地表水源、地下水源和可循環(huán)利用水源的水質水量的 統(tǒng)一優(yōu)化調度問題；平衡模塊用來協(xié)調供水預報模塊、需水預報模塊、水量配置模塊和水源優(yōu)化調度 模塊之間的關系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種灌區(qū)用水管理信息化結構體系，包括灌區(qū)識別用于對灌區(qū)渠系及建筑物、管理機構和用水戶識別；信息監(jiān)測用于完成灌區(qū)信息采集和輸出；信息傳輸用于及時傳輸信息給調度決策模塊，并通過調度決策模塊再將需水信息傳輸給建筑物控制；建筑物控制用于對灌區(qū)的閘門和泵站進行動態(tài)調度；調度決策模塊用于為灌區(qū)管理者提供決策依據(jù)和決策方案，控制灌區(qū)的用水量。本發(fā)明根據(jù)灌區(qū)用水管理信息化的實際情況，采用按信息技術自身屬性劃分的方法，構建符合實際的灌區(qū)用水管理信息化結構體系，使其既不重復和交叉，通俗易懂，便于理解，又突出灌區(qū)用水管理信息化特點的灌區(qū)用水管理信息化結構體系。
文檔編號A01G25/16GK101622952SQ20091009049
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權日2009年8月13日
發(fā)明者姚寒峰, 張國華, 謝崇寶, 虹 高, 斌 黃 申請人:中國灌溉排水發(fā)展中心;北京中灌綠源國際咨詢有限公司