貴州省大型灌區(qū)智能節(jié)水灌溉信息化建設(shè)技術(shù)模式研究

　　[摘 要] 本文從貴州省大型灌區(qū)的基礎(chǔ)情況入手，分析灌區(qū)信息化發(fā)展現(xiàn)狀與建設(shè)內(nèi)容，確定貴州大型灌區(qū)信息化建設(shè)的主要內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)重要水情站點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸、接收、處理和存儲(chǔ)以及實(shí)現(xiàn)總閘、干渠級別重要分水口的自動(dòng)啟閉及量測水。通過主要硬件設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型，包括灌區(qū)信息化總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)信息流程、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閘門測控系統(tǒng)以及灌區(qū)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基于GIS、GPS等的灌區(qū)基礎(chǔ)信息的電子化管理和灌區(qū)可視化，形象直觀地反映歷年工程建設(shè)情況，極大地提高灌區(qū)管理工作效率。
　　[關(guān)鍵詞] 灌區(qū)智能節(jié)水灌溉；信息化；可視化
　　[中圖分類號] S275 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-7909（2018）16-112-5
　　1 貴州省灌區(qū)概況
　　貴州省是全國唯一沒有平原支撐的內(nèi)陸山地省份，位于我國西南部，全省土地總面積176 167 km2，占全國總面積的1.8%。分別屬于長江流域和珠江流域，長江流域占115 747 km2，珠江流域占60 420 km2。貴州省的總體地勢西部高，全省山地面積占61.7%，喀斯特出露面積占全省國土面積的73%。特殊的地形地貌、復(fù)雜的地質(zhì)條件，致使貴州省水資源開發(fā)利用難度大，工程性缺水問題十分突出。
　　貴州省目前有金黔灌區(qū)、黎榕灌區(qū)、湄鳳余灌區(qū)、烏中灌區(qū)、安西灌區(qū)、盤江灌區(qū)、銅東灌區(qū)、甕福灌區(qū)、興中灌區(qū)和遵義灌區(qū)10個(gè)大型灌區(qū)，灌區(qū)地形以山區(qū)、丘陵為主，灌區(qū)所在地國土面積32 564 km2，占全省國土總面積的18.5%，耕地總面積6 857.47 km2，占全省耕地面積的39.2%，其中規(guī)劃灌溉面積2 208 km2，有效灌溉面積1 700.53 km2。
　　2015年12月30日，國家發(fā)展改革委員會(huì)、水利部聯(lián)合印發(fā)《大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造項(xiàng)目建設(shè)管理辦法》（發(fā)改農(nóng)經(jīng)[2015]3139號）文件提出建設(shè)現(xiàn)代灌區(qū)量測水、管理信息化等要求，但由于灌區(qū)多為貧困山區(qū)，對信息化建設(shè)工作認(rèn)識尚淺，管理人員素質(zhì)不高，技術(shù)落后，管護(hù)經(jīng)費(fèi)難以到位，不能有效管理好、掌握好信息設(shè)備與技術(shù)。目前，還未進(jìn)行過系統(tǒng)的信息化建設(shè)，水庫隧洞放水多為雙向轉(zhuǎn)動(dòng)閘閥控制，采用手搖式啟閉機(jī)方式，結(jié)構(gòu)老化，運(yùn)行極不方便。雖然在灌片管理站和水庫管理所都配備了雨量筒，但還未安裝自動(dòng)化監(jiān)測與控制設(shè)備，仍然采用人工觀測的方式，存在不同程度的安全問題。
　　2 信息化建設(shè)功能設(shè)計(jì)
　　灌區(qū)信息化建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，包括信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、專業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)、保障措施與環(huán)境建設(shè)及數(shù)據(jù)平臺建設(shè)。通過與灌區(qū)管理局的深入交流與現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研，綜合考慮水庫灌區(qū)效益、需求、認(rèn)識到位程度、人員配置及管理情況、技術(shù)成熟度和實(shí)施難度等基礎(chǔ)條件開展信息化建設(shè)，主要建設(shè)內(nèi)容分為硬件和軟件兩部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
　　信息化建設(shè)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下，一是灌區(qū)工情信息的采集與監(jiān)測，包括基礎(chǔ)工情信息和部分實(shí)時(shí)工情信息。將灌區(qū)的圖片和資料通過掃描儀和數(shù)字化儀轉(zhuǎn)化為圖片文件，包括灌區(qū)氣象、水文、土壤、作物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及灌區(qū)概況、渠系分布、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、歷年工程批復(fù)建設(shè)情況、工程效益及績效評估等方面基本概況數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢等功能。通過圖形實(shí)時(shí)模擬顯示計(jì)算成果，提高系統(tǒng)管理操作的直觀性和可視性。二是重要分水口的自動(dòng)啟閉及量測水的遠(yuǎn)程控制。通過在灌區(qū)水庫水源出水口閘門進(jìn)行自動(dòng)化改造，實(shí)現(xiàn)總閘的自動(dòng)啟閉、自動(dòng)放水、自動(dòng)量水，以及干渠重要分水口閘門的自動(dòng)啟閉及量測水。三是通過對泵站出水管道的流量監(jiān)測、壓力監(jiān)測和高位水池水位的自動(dòng)監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對泵的自動(dòng)化控制。管理人員在信息中心可實(shí)時(shí)查看高位水池水位數(shù)據(jù)、出水管道壓力和流量數(shù)據(jù)，以此控制泵的啟閉。通過實(shí)時(shí)掌握水池水位、管道流量、壓力、泵站開關(guān)狀態(tài)、電壓和電流等各種監(jiān)測指標(biāo)，為水庫灌區(qū)取用水安全提供保障。四是節(jié)水灌溉智能化控制。系統(tǒng)設(shè)置主要作物適宜的土壤水分調(diào)控閾值，得出了各作物的三種節(jié)水灌溉模式，當(dāng)土壤水分臨近或低于土壤水分下限值時(shí)，實(shí)施灌水，達(dá)到土壤水分上限值要求時(shí)停止灌水，以適應(yīng)不同水文年的作物高效用水要求。五是通過灌區(qū)信息化建設(shè)加強(qiáng)對灌區(qū)基層人才的培訓(xùn)，提高灌區(qū)信息化應(yīng)用水平，體現(xiàn)灌區(qū)信息化建設(shè)的優(yōu)勢[1-4]。
　　3 主要硬件設(shè)備設(shè)計(jì)與選型
　　3.1 水庫水位監(jiān)測設(shè)備
　　灌區(qū)中的水庫大多具有供水、灌溉等功能，而且具備調(diào)蓄、防洪功能。因此，監(jiān)測灌區(qū)水庫水位一直是水文、水利部門的重點(diǎn)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測水庫水位，對保證灌區(qū)正常用水乃至灌區(qū)的安全有著重要的意義。雖然部分灌區(qū)水庫都配備了水位尺，但仍然采用人工觀測，還未安裝自動(dòng)化監(jiān)測與控制設(shè)備，本次灌區(qū)信息化建設(shè)擬實(shí)現(xiàn)水庫水位監(jiān)測的自動(dòng)化，滿足水庫雨水情監(jiān)測自動(dòng)化需求。
　　雷達(dá)式水位計(jì)是一種高精度、非接觸式的水位測量儀。通過往水面發(fā)射高頻雷達(dá)波，接收水面反射比，測量到水面的距離，測量中不與水面接觸，不受渾水、污泥、水生植物等因素的影響，并且安裝工作量比較小，只需安裝一個(gè)懸臂。該設(shè)備最主要的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，不受溫度、風(fēng)、蒸汽等影響，安裝、使用、維護(hù)方便。以RTU為核心單元，使用雷達(dá)式水位計(jì)，利用GPRS公網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，采用市電進(jìn)行供電。
　　3.2 流量監(jiān)測設(shè)備
　　本灌區(qū)主要涉及閘門計(jì)量，根據(jù)上述渠道流量監(jiān)測方法對比，結(jié)合本灌區(qū)水源泥沙量大的現(xiàn)實(shí)情況，采用超聲波多普勒進(jìn)行測量。
　　3.2.1 傳感器安裝。灌溉渠道大多數(shù)都是明渠，形狀為矩形、梯形，少部分是U字型的。灌溉的暗渠會(huì)有少部分是圓形的。對上游和下游渠道的要求如下：在傳感器上游，要有渠道寬度10倍的直渠道，如果上游是閘門、水泵，傳感器和閘門、水泵之間要有渠道寬度30倍的直渠道；傳感器的下游，要有渠道寬度5倍的直渠道。
　　3.2.2 活動(dòng)支架安裝。如果有沉積物，如淤泥，要把傳感器安裝在沉積物的旁邊或者上面，這時(shí)就需要用到安裝支架。因?yàn)槊總�(gè)現(xiàn)場安裝支架的高度和寬度都不相同，一般都是在現(xiàn)場附近制作。

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