周大鵬

（遼寧省水利水電科學研究院 遼寧 沈陽 110003）

1 基本概況

遼陽灌區(qū)建于1958年，灌溉面積為10.1萬畝，屬中型灌區(qū)。由于工程建設(shè)標準低，建筑物病險、老化、損壞，渠道滲漏現(xiàn)象嚴重，部分渠道河段淤積，過流能力嚴重不足，致使灌溉歷時加長，灌溉保證率受到嚴重影響。

以往灌區(qū)運行管理相對混亂，受灌溉面積廣、人員技術(shù)水平低、資金短缺等諸多因素的影響，只管樞紐和干渠，而忽視了對整個灌區(qū)渠系鏈路節(jié)點和末端的管理，從取水口、干渠、支渠、斗渠、農(nóng)渠直至田間，由于缺乏以高精度自動采集儀器和先進通訊設(shè)備為支撐手段的數(shù)據(jù)采集和信息傳輸，灌區(qū)范圍內(nèi)渠道控制節(jié)點的水位、流量、田間水深、雨量等數(shù)據(jù)信息不能及時、準確地反饋到管理站和遼陽灌區(qū)管理處，無法實施科學有效地統(tǒng)一調(diào)配灌溉管理，制約了當?shù)剞r(nóng)田灌溉用水的需求。

2 建設(shè)必要性

結(jié)合遼陽灌區(qū)目前正在開展的節(jié)水配套改造項目建設(shè)，采用工程和非工程措施相結(jié)合的方式，進一步提高灌區(qū)管理水平，發(fā)揮工程效益，為灌區(qū)水資源優(yōu)化配置提供有力保障。灌區(qū)量水設(shè)施設(shè)備及信息化系統(tǒng)建設(shè)正是非工程措施的重要組成部分，根據(jù)監(jiān)測作物不同生長期的需水量，控制渠道的水位、流量，實施科學的預報和決策，促進灌區(qū)全面實施“節(jié)水、增效、增產(chǎn)”的局面。

3 建設(shè)內(nèi)容

遼陽灌區(qū)量水設(shè)施設(shè)備及信息化系統(tǒng)建設(shè)將遵循科學、可靠、可持續(xù)的原則，建立符合遼陽灌區(qū)特性的運行管理架構(gòu)。主要建設(shè)內(nèi)容包括渠情監(jiān)測系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、墑情監(jiān)測系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)和信息決策支持系統(tǒng)七部分組成。

3.1 渠情監(jiān)測系統(tǒng)

主要監(jiān)測渠道控制節(jié)點的上、下游水位，實現(xiàn)閘前、閘后水位的實時自動測量，為水閘獲取瞬時過閘流量值和累積過閘流量值提供保障，在灌區(qū)支渠上共設(shè)置監(jiān)測點15處。

圖1 遼陽灌區(qū)量水設(shè)施及信息化建設(shè)框架圖

水位采集可采用浮子式、壓力式、氣泡式、超聲波式等水位計。浮子式水位計利用浮子跟蹤水位升降，以機械方式直接傳動記錄，需建設(shè)測井，適合岸坡穩(wěn)定、河床沖淤不大的低含沙河段。壓力式水位計根據(jù)壓力與水深成正比關(guān)系的靜水壓力原理，運用壓敏元件作傳感器，當傳感器固定在水下某一測點時，該測點以上水柱壓力高度加上該點高程，即可間接地測出水位。氣泡式水位計是將一根上端裝有壓力傳感器和氣源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空氣或惰性氣體，壓力傳感器即可測出管內(nèi)氣體壓力，此值與管子末端以上水頭成正比，通過記錄系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成水位，特別適用于污染嚴重的水體和腐蝕性強的工業(yè)廢水等，國外普遍應用。超聲波式水位計是應用聲波反射的原理來測量水位，聲波在介質(zhì)中以一定速度傳播，當遇到不同密度的介質(zhì)分界面時，聲波立即發(fā)生反射。

渠道內(nèi)由于受安裝條件、水面波動性、安全防護等因素影響，超聲波式是較為適合。在水閘的上下游安裝超聲波水位計，采用太陽能板浮充蓄電池的方式進行供電，按照水位定時或變化1cm的標準進行數(shù)據(jù)采集，通訊傳輸采用GPRS的模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上報功能。

3.2 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

主要對灌區(qū)重點管理站附近節(jié)制閘的閘門實現(xiàn)現(xiàn)地和遠程控制，控制閘門的開啟、限位、開度、關(guān)閉，實現(xiàn)運行過程中電機機組電參量的監(jiān)控。設(shè)置監(jiān)控站2處，分別在沙嶺站和黃泥洼站，實現(xiàn)對監(jiān)控站管理閘群處水閘的遠程在線控制，完成沙嶺站4孔節(jié)制閘和黃泥洼站6孔節(jié)制閘的控制。

在閘門現(xiàn)地控制裝置上安裝開關(guān)量采集模塊和模擬量采集模塊，實現(xiàn)遠端上位機的采集和控制。采用模塊化控制適用于小型水閘的建設(shè)，與可編程邏輯控制器（PLC）控制相比，將降低工程成本。

圖2 遼陽灌區(qū)網(wǎng)絡通訊組網(wǎng)圖

3.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

主要實現(xiàn)對灌區(qū)的重點水工建筑物、機電設(shè)備、管理站區(qū)域、量水水尺等處的實時監(jiān)視，對灌區(qū)已建視頻監(jiān)視點進行系統(tǒng)整合和升級，增設(shè)8個視頻監(jiān)視點，實現(xiàn)覆蓋全灌區(qū)的視頻網(wǎng)絡系統(tǒng)，保障灌區(qū)的運行管理安全。

視頻監(jiān)控點采用全方位紅外攝像機，攝像機供電就近取電AC220V，采用視頻、電源、信號多級防雷手段，實現(xiàn)管理處監(jiān)控室圖像的采集和存儲，通過自建擴頻網(wǎng)絡實現(xiàn)圖像的傳輸。

3.4 墑情監(jiān)測系統(tǒng)

主要實現(xiàn)灌區(qū)的覆蓋全區(qū)域的土壤含水量、溫度、田間水深的監(jiān)測。由于遼陽灌區(qū)位于遼陽首山漏斗區(qū)的區(qū)域范圍內(nèi)，共布設(shè)監(jiān)測地塊3處，分別在漏斗區(qū)的中心、邊緣、外側(cè)。每處地塊根據(jù)地勢條件的不同設(shè)置2個監(jiān)測點，選擇10cm、20cm和40cm深度的不同土壤層進行相對含水量的監(jiān)測，同時在20cm土壤層監(jiān)測溫度；并在田間設(shè)置田間水深觀測測井，隨時監(jiān)測作物不同生長階段的墑情指標和灌溉期田間水深情況。

墑情監(jiān)測主要設(shè)備包括墑情采集儀、水位計、溫度計和水分傳感器，供電采用太陽能板浮充蓄電池，按照每日8:00進行定時采集，灌溉期按照每8小時采集一次，通訊傳輸采用GPRS的模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上報功能。

3.5 信息查詢系統(tǒng)

實現(xiàn)對灌區(qū)基本資料、農(nóng)戶信息、水費征繳、政策和法規(guī)等內(nèi)容的在線查詢，在灌區(qū)管理站服務大廳安裝觸摸屏查詢終端，設(shè)置信息查詢服務終端2處，便于灌區(qū)灌溉農(nóng)戶的查詢。

采用觸摸式工作站設(shè)備，通過訪問內(nèi)部局域網(wǎng)，實現(xiàn)觸摸式工作站與數(shù)據(jù)庫服務器數(shù)據(jù)的共享，通過觸點的方式實現(xiàn)資料的查詢。

3.6 網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)

考慮到遼陽灌區(qū)各管理站、節(jié)制閘等處分布分散、距離較遠，部分水閘處沒有供電設(shè)施，而采用有線傳輸（敷設(shè)光纜、電纜）方式投資較大。因此，灌區(qū)網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)采用無線通訊傳輸方式，可隨時增加監(jiān)測的節(jié)點，便于維護和管理。將監(jiān)測點的數(shù)據(jù)、圖像信息傳輸至管理站，然后由管理站傳輸至遼陽灌區(qū)管理處（監(jiān)控中心），網(wǎng)絡覆蓋整個灌區(qū)，為管理處和管理站第一時間獲得信息提供有效地保障措施，為灌區(qū)的科學調(diào)度提供有力的數(shù)據(jù)支持。

對于渠情監(jiān)測、墑情監(jiān)測和自動氣象站，考慮到測站分布分散、無法保障供電等因素的影響，采用GPRS技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙發(fā)，管理站和管理處直接獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。

鑒于視頻圖像傳輸占用的網(wǎng)絡帶寬較大，考慮系統(tǒng)的冗余設(shè)計，采用無線擴頻技術(shù)進行圖像的傳輸，滿足圖像傳輸?shù)男枨?，同時可將閘門監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過無線擴頻技術(shù)傳輸至監(jiān)控中心。

3.7 信息決策支持系統(tǒng)

信息決策支持系統(tǒng)是整個灌區(qū)自動化和信息化的中樞部分，主要實現(xiàn)遼陽灌區(qū)管理處（監(jiān)控中心）的硬件配置建設(shè)和軟件架構(gòu)的開發(fā)。

監(jiān)控中心硬件建設(shè)。主要對監(jiān)控中心進行硬件設(shè)備的配置，需要采購工作站、數(shù)據(jù)庫服務器、網(wǎng)絡交換機、中心基站、硬件防火墻、視頻服務器、監(jiān)控顯示屏等設(shè)備。

軟件架構(gòu)建設(shè)主要采用B/S（瀏覽器/服務器）和C/S（客戶端/服務器）相結(jié)合的方式進行系統(tǒng)開發(fā)。主要有工程信息管理、渠情監(jiān)測信息管理、墑情監(jiān)測信息管理、閘門監(jiān)控信息管理和視頻監(jiān)視圖像管理，決策支持平臺建設(shè)采用B/S模式開發(fā)，為管理和決策人員服務。系統(tǒng)支持WEB瀏覽器方式運行，信息化平臺系統(tǒng)與專業(yè)成果數(shù)據(jù)庫對接，實現(xiàn)專業(yè)成果的網(wǎng)絡發(fā)布。

4 結(jié)語

量水設(shè)施設(shè)備及信息化系統(tǒng)設(shè)計，充分利用現(xiàn)代電子技術(shù)和信息技術(shù)，深入開發(fā)和廣泛利用灌區(qū)管理的信息資源，以精度高、穩(wěn)定性好的電子設(shè)備實現(xiàn)信息的采集、傳輸、存儲和處理等，大大提高信息采集和加工的準確性以及傳輸?shù)臅r效性，而獲得的渠系工情信息、水情信息、氣象信息、田間信息等，將為遼陽灌區(qū)管理部門做出及時、準確的反饋和預測，提供科學的決策依據(jù)，以促進遼陽灌區(qū)實現(xiàn)科學化和高效化管理。陜西水利

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