贵州省大型灌区智能节水灌溉信息化建设技术模式研究

　　[摘 要] 本文从贵州省大型灌区的基础情况入手，分析灌区信息化发展现状与建设内容，确定贵州大型灌区信息化建设的主要内容是实现重要水情站点数据的自动采集、传输、接收、处理和存储以及实现总闸、干渠级别重要分水口的自动启闭及量测水。通过主要硬件设备的设计与选型，包括灌区信息化总体结构与数据信息流程、视频监控系统、闸门测控系统以及灌区数据库系统等系统软件设计，实现基于GIS、GPS等的灌区基础信息的电子化管理和灌区可视化，形象直观地反映历年工程建设情况，极大地提高灌区管理工作效率。
　　[关键词] 灌区智能节水灌溉；信息化；可视化
　　[中图分类号] S275 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2018）16-112-5
　　1 贵州省灌区概况
　　贵州省是全国唯一没有平原支撑的内陆山地省份，位于我国西南部，全省土地总面积176 167 km2，占全国总面积的1.8%。分别属于长江流域和珠江流域，长江流域占115 747 km2，珠江流域占60 420 km2。贵州省的总体地势西部高，全省山地面积占61.7%，喀斯特出露面积占全省国土面积的73%。特殊的地形地貌、复杂的地质条件，致使贵州省水资源开发利用难度大，工程性缺水问题十分突出。
　　贵州省目前有金黔灌区、黎榕灌区、湄凤余灌区、乌中灌区、安西灌区、盘江灌区、铜东灌区、瓮福灌区、兴中灌区和遵义灌区10个大型灌区，灌区地形以山区、丘陵为主，灌区所在地国土面积32 564 km2，占全省国土总面积的18.5%，耕地总面积6 857.47 km2，占全省耕地面积的39.2%，其中规划灌溉面积2 208 km2，有效灌溉面积1 700.53 km2。
　　2015年12月30日，国家发展改革委员会、水利部联合印发《大中型灌区续建配套节水改造项目建设管理办法》（发改农经[2015]3139号）文件提出建设现代灌区量测水、管理信息化等要求，但由于灌区多为贫困山区，对信息化建设工作认识尚浅，管理人员素质不高，技术落后，管护经费难以到位，不能有效管理好、掌握好信息设备与技术。目前，还未进行过系统的信息化建设，水库隧洞放水多为双向转动闸阀控制，采用手摇式启闭机方式，结构老化，运行极不方便。虽然在灌片管理站和水库管理所都配备了雨量筒，但还未安装自动化监测与控制设备，仍然采用人工观测的方式，存在不同程度的安全问题。
　　2 信息化建设功能设计
　　灌区信息化建设是一个系统工程，包括信息基础设施建设、专业信息系统建设、保障措施与环境建设及数据平台建设。通过与灌区管理局的深入交流与现场实际调研，综合考虑水库灌区效益、需求、认识到位程度、人员配置及管理情况、技术成熟度和实施难度等基础条件开展信息化建设，主要建设内容分为硬件和软件两部分，具體结构如图1所示。
　　信息化建设实现的主要功能如下，一是灌区工情信息的采集与监测，包括基础工情信息和部分实时工情信息。将灌区的图片和资料通过扫描仪和数字化仪转化为图片文件，包括灌区气象、水文、土壤、作物基础数据及灌区概况、渠系分布、农业生产、历年工程批复建设情况、工程效益及绩效评估等方面基本概况数据的输入、修改、查询等功能。通过图形实时模拟显示计算成果，提高系统管理操作的直观性和可视性。二是重要分水口的自动启闭及量测水的远程控制。通过在灌区水库水源出水口闸门进行自动化改造，实现总闸的自动启闭、自动放水、自动量水，以及干渠重要分水口闸门的自动启闭及量测水。三是通过对泵站出水管道的流量监测、压力监测和高位水池水位的自动监测来实现对泵的自动化控制。管理人员在信息中心可实时查看高位水池水位数据、出水管道压力和流量数据，以此控制泵的启闭。通过实时掌握水池水位、管道流量、压力、泵站开关状态、电压和电流等各种监测指标，为水库灌区取用水安全提供保障。四是节水灌溉智能化控制。系统设置主要作物适宜的土壤水分调控阈值，得出了各作物的三种节水灌溉模式，当土壤水分临近或低于土壤水分下限值时，实施灌水，达到土壤水分上限值要求时停止灌水，以适应不同水文年的作物高效用水要求。五是通过灌区信息化建设加强对灌区基层人才的培训，提高灌区信息化应用水平，体现灌区信息化建设的优势[1-4]。
　　3 主要硬件设备设计与选型
　　3.1 水库水位监测设备
　　灌区中的水库大多具有供水、灌溉等功能，而且具备调蓄、防洪功能。因此，监测灌区水库水位一直是水文、水利部门的重点。实时动态监测水库水位，对保证灌区正常用水乃至灌区的安全有着重要的意义。虽然部分灌区水库都配备了水位尺，但仍然采用人工观测，还未安装自动化监测与控制设备，本次灌区信息化建设拟实现水库水位监测的自动化，满足水库雨水情监测自动化需求。
　　雷达式水位计是一种高精度、非接触式的水位测量仪。通过往水面发射高频雷达波，接收水面反射比，测量到水面的距离，测量中不与水面接触，不受浑水、污泥、水生植物等因素的影响，并且安装工作量比较小，只需安装一个悬臂。该设备最主要的优点是抗干扰能力强，不受温度、风、蒸汽等影响，安装、使用、维护方便。以RTU为核心单元，使用雷达式水位计，利用GPRS公网传送数据，采用市电进行供电。
　　3.2 流量监测设备
　　本灌区主要涉及闸门计量，根据上述渠道流量监测方法对比，结合本灌区水源泥沙量大的现实情况，采用超声波多普勒进行测量。
　　3.2.1 传感器安装。灌溉渠道大多数都是明渠，形状为矩形、梯形，少部分是U字型的。灌溉的暗渠会有少部分是圆形的。对上游和下游渠道的要求如下：在传感器上游，要有渠道宽度10倍的直渠道，如果上游是闸门、水泵，传感器和闸门、水泵之间要有渠道宽度30倍的直渠道；传感器的下游，要有渠道宽度5倍的直渠道。
　　3.2.2 活动支架安装。如果有沉积物，如淤泥，要把传感器安装在沉积物的旁边或者上面，这时就需要用到安装支架。因为每个现场安装支架的高度和宽度都不相同，一般都是在现场附近制作。

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