高廣峰，王宇航

（黑龍江省桃山水庫管理處，黑龍江七臺河 154600）

1 工程概況

桃山水庫位于黑龍江省七臺河市內，第一期工程于1990年8月末竣工，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧灌溉、養(yǎng)魚等大型綜合性水利樞紐工程。桃山水庫興利供水任務是城市供水和農(nóng)業(yè)供水。水庫設計灌溉面積為8 467 hm2，包括七臺河灌區(qū)水田200 hm2，菜田800 hm2;勃利水田3 827 hm2;樺南水田1 213 hm2;依蘭水田2 427 hm2，共有6處取水口直接從河道中取水，分屬于長興灌區(qū)、中鮮灌區(qū)、大鮮灌區(qū)、倭肯灌區(qū)、公心集灌區(qū)和安興灌區(qū)，從水庫處至最遠的安興灌區(qū)渠首的直線距離為72.5 km。

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水自動化管理系統(tǒng)設計有1個中心站，6個觀測站，12個測控項目。

1）中心站：桃山水庫管理處監(jiān)控中心。

2）測控項目：6個水位、6個流量，總計12個測控項目。各遙測站將數(shù)據(jù)傳輸至中心站。

2 系統(tǒng)建設目標

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水自動化管理系統(tǒng)以信息采集系統(tǒng)為基礎，通信傳輸系統(tǒng)為保障，計算機網(wǎng)絡為依托，決策支持系統(tǒng)為核心，高效可靠，先進實用。系統(tǒng)建成后，可以實現(xiàn)各類水情、工情的自動采集、實時傳輸、在線分析、綜合調度;完成各灌區(qū)渠首的水位、流量等實時監(jiān)測，實時掌握各段的運行狀態(tài)，提供準確、可靠的數(shù)據(jù);根據(jù)來水預測和引水量計算成果以及各部門用水計劃，通過水量供需平衡原理，采用先進實用的數(shù)學模型，制定多套調度方案，進行專家優(yōu)化，確定優(yōu)化調度方案，科學調度，合理分配水量。

3 系統(tǒng)構成

本系統(tǒng)由遙測站和中心站兩部分組成。遙測站是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、存儲和上傳的基本單元，主要由流量計、數(shù)據(jù)采集單元和GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端及電源等部件構成。中心站是系統(tǒng)核心，設置在水庫管理處（監(jiān)測中心），是由工作站、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸終端、UPS、控制中心局域網(wǎng)、公共服務器等設備及相關軟件組成。遙測站同中心站之間通過GPRS短信服務實現(xiàn)信息傳送，共同組成一個性能優(yōu)越、經(jīng)濟性好、運行靈活、擴展方便的遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測網(wǎng)絡。系統(tǒng)構成見圖1。

圖1 供水自動化管理系統(tǒng)構成圖

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 遙測站功能

1）遙測站工作在微工耗值守狀態(tài)，遙測站按設定的采樣周期時間采集流量、水位、閘位等數(shù)據(jù)。當流量、水位等數(shù)據(jù)變化超出設定區(qū)間或閘門閘位發(fā)生變化時立即向中心站發(fā)送最新信息。

2）遙測站按設定時間采集電池電壓、交流電源電壓數(shù)據(jù)，向中心站發(fā)送電源狀態(tài)等信息。

3）遙測站在接到中心站命令后發(fā)送本站存儲信息。

4）系統(tǒng)運行人員在現(xiàn)場人工觀測其他數(shù)據(jù)，用人工置數(shù)的方式將觀測數(shù)據(jù)、觀測時間、數(shù)據(jù)類型等參數(shù)發(fā)回中心站，存入工作站數(shù)據(jù)庫。

5）現(xiàn)場能夠設置本站站號、采樣時間、報平安時間、傳感器類別等遙測站參數(shù)，現(xiàn)場能對傳感器進行動態(tài)測試。

6）遙測站具有數(shù)據(jù)存儲功能，每5 min存儲一次監(jiān)測值，能存儲1年的監(jiān)測信息量。

4.2 中心站功能

中心站是農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)的監(jiān)控核心，中心站的功能是由硬件設備和軟件系統(tǒng)共同配合實現(xiàn)。詳見圖2。

圖2 供水自動化管理系統(tǒng)中心站功能圖

4.2.1 實時監(jiān)視

實時信息采集：完成相關水情、雨情、工情等監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集，重點是對閘泵安全運行狀態(tài)、隧洞安全監(jiān)測、干渠各支渠口流量、庫區(qū)雨量等信息的實時動態(tài)監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集和監(jiān)測數(shù)據(jù)預處理。

實時信息傳輸：將實時采集的數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務器，由數(shù)據(jù)庫服務器將數(shù)據(jù)按標準格式存入數(shù)據(jù)庫，保證各種信息規(guī)范化儲存。數(shù)據(jù)庫服務器里的數(shù)據(jù)是信息共享、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和查詢、科學計算等的基礎。

實時報警：將實時信息對照報警閾值，如果越限則進行報警;儀器設備或工情出現(xiàn)異常，則進行故障報警;報警方式包括文字、圖象、聲音等，同時將報警信息寫入報警日志。

4.2.2 數(shù)據(jù)管理

由系統(tǒng)管理員對不同操作員授權，進行灌區(qū)及灌溉管理機構、灌區(qū)建筑物類型、灌溉名稱的定義和錄入，完成對灌區(qū)的描述。

4.2.3 供水管理

完成灌區(qū)所處行政區(qū)劃，以縣、鄉(xiāng)定義，對不同用水戶的行政屬性定義，并將用水戶和末級渠道聯(lián)系起來，是水費管理的基礎。從水源開始，自上而下，完成渠系建筑物的續(xù)接關系，是配水計劃制定的基礎。制定各用水單位的用水計劃、審批。包括用水申請、自動配水、配水計劃查看、下達計劃等，可根據(jù)渠系結構和渠道的過流能力、泵站的提水能力，在短時間內完成渠系配水過程，輸出包括渠道名稱、起止時間、相應流量及配水記錄。取水口位置或路線的優(yōu)化用水計劃。系統(tǒng)可定義不同灌溉季節(jié)、不同水管所和不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的用水制度和用水單價，并根據(jù)不同的水價，自動生成應付水費清單，之后可進行單用戶水費查詢，也可進行分類統(tǒng)計查詢。

4.2.4 灌區(qū)配水計算

根據(jù)灌區(qū)農(nóng)作物種類和相應種植面積，計算各單元應配水量。大量研究表明，用水者（農(nóng)民）根據(jù)多年的灌水實踐并參照當前的氣象信息，往往比其他人更了解灌溉需要多少水，何時需要水，因此灌區(qū)需水可采用自下而上由用水戶提出用水申請，包括申請灌溉面積、灌水量、灌溉時間等，由灌溉處分類匯總，考慮各級渠道及建筑物的過流限制，按照一定的受益原則，制定配水計劃，以最大限度地滿足用水需求。根據(jù)干渠分水口流量或水位進行明渠水流計算，從而預測干渠各斷面水位和流量，以便進行防洪和灌溉調度。

5 結論

桃山水庫農(nóng)業(yè)供水自動化管理系統(tǒng)的建成和投入使用，可以根據(jù)灌區(qū)需水計劃表和庫區(qū)實際來水量以及實際可用水量進行水庫配水調度、協(xié)調灌區(qū)用水，盡最大限度滿足農(nóng)作物用水需要;根據(jù)明渠水流計算結果，進行各點閘泵調度，保證渠道安全，并按要求完成輸水;根據(jù)洪水預報結果，進行防洪調度，及時開閘排洪，保證水庫安全和干渠安全，并使棄水量最小，水資源達到最大化利用。

[1]李長茂，陳海源.天津港供水自動化管理系統(tǒng)的開發(fā)[J].水道港口，2002，23（S0）：199-201.