农业供水自动化管理系统在桃山水库的应用

高广峰，王宇航

（黑龙江省桃山水库管理处，黑龙江七台河 154600）

1 工程概况

桃山水库位于黑龙江省七台河市内，第一期工程于1990年8月末竣工，是一座以防洪、城市供水为主，兼顾灌溉、养鱼等大型综合性水利枢纽工程。桃山水库兴利供水任务是城市供水和农业供水。水库设计灌溉面积为8 467 hm2，包括七台河灌区水田200 hm2，菜田800 hm2;勃利水田3 827 hm2;桦南水田1 213 hm2;依兰水田2 427 hm2，共有6处取水口直接从河道中取水，分属于长兴灌区、中鲜灌区、大鲜灌区、倭肯灌区、公心集灌区和安兴灌区，从水库处至最远的安兴灌区渠首的直线距离为72.5 km。

桃山水库农业供水自动化管理系统设计有1个中心站，6个观测站，12个测控项目。

1）中心站：桃山水库管理处监控中心。

2）测控项目：6个水位、6个流量，总计12个测控项目。各遥测站将数据传输至中心站。

2 系统建设目标

桃山水库农业供水自动化管理系统以信息采集系统为基础，通信传输系统为保障，计算机网络为依托，决策支持系统为核心，高效可靠，先进实用。系统建成后，可以实现各类水情、工情的自动采集、实时传输、在线分析、综合调度;完成各灌区渠首的水位、流量等实时监测，实时掌握各段的运行状态，提供准确、可靠的数据;根据来水预测和引水量计算成果以及各部门用水计划，通过水量供需平衡原理，采用先进实用的数学模型，制定多套调度方案，进行专家优化，确定优化调度方案，科学调度，合理分配水量。

3 系统构成

本系统由遥测站和中心站两部分组成。遥测站是现场数据采集、存储和上传的基本单元，主要由流量计、数据采集单元和GPRS无线数据传输终端及电源等部件构成。中心站是系统核心，设置在水库管理处（监测中心），是由工作站、GPRS无线数据传输终端、UPS、控制中心局域网、公共服务器等设备及相关软件组成。遥测站同中心站之间通过GPRS短信服务实现信息传送，共同组成一个性能优越、经济性好、运行灵活、扩展方便的远程数据监测网络。系统构成见图1。

图1 供水自动化管理系统构成图

4 系统主要功能

4.1 遥测站功能

1）遥测站工作在微工耗值守状态，遥测站按设定的采样周期时间采集流量、水位、闸位等数据。当流量、水位等数据变化超出设定区间或闸门闸位发生变化时立即向中心站发送最新信息。

2）遥测站按设定时间采集电池电压、交流电源电压数据，向中心站发送电源状态等信息。

3）遥测站在接到中心站命令后发送本站存储信息。

4）系统运行人员在现场人工观测其他数据，用人工置数的方式将观测数据、观测时间、数据类型等参数发回中心站，存入工作站数据库。

5）现场能够设置本站站号、采样时间、报平安时间、传感器类别等遥测站参数，现场能对传感器进行动态测试。

6）遥测站具有数据存储功能，每5 min存储一次监测值，能存储1年的监测信息量。

4.2 中心站功能

中心站是农业供水管理系统的监控核心，中心站的功能是由硬件设备和软件系统共同配合实现。详见图2。

图2 供水自动化管理系统中心站功能图

4.2.1 实时监视

实时信息采集：完成相关水情、雨情、工情等监测数据的自动化采集，重点是对闸泵安全运行状态、隧洞安全监测、干渠各支渠口流量、库区雨量等信息的实时动态监测和监测数据的自动化采集和监测数据预处理。

实时信息传输：将实时采集的数据通过通讯网络传输到数据库服务器，由数据库服务器将数据按标准格式存入数据库，保证各种信息规范化储存。数据库服务器里的数据是信息共享、数据统计和查询、科学计算等的基础。

实时报警：将实时信息对照报警阈值，如果越限则进行报警;仪器设备或工情出现异常，则进行故障报警;报警方式包括文字、图象、声音等，同时将报警信息写入报警日志。

4.2.2 数据管理

由系统管理员对不同操作员授权，进行灌区及灌溉管理机构、灌区建筑物类型、灌溉名称的定义和录入，完成对灌区的描述。

4.2.3 供水管理

完成灌区所处行政区划，以县、乡定义，对不同用水户的行政属性定义，并将用水户和末级渠道联系起来，是水费管理的基础。从水源开始，自上而下，完成渠系建筑物的续接关系，是配水计划制定的基础。制定各用水单位的用水计划、审批。包括用水申请、自动配水、配水计划查看、下达计划等，可根据渠系结构和渠道的过流能力、泵站的提水能力，在短时间内完成渠系配水过程，输出包括渠道名称、起止时间、相应流量及配水记录。取水口位置或路线的优化用水计划。系统可定义不同灌溉季节、不同水管所和不同乡镇的用水制度和用水单价，并根据不同的水价，自动生成应付水费清单，之后可进行单用户水费查询，也可进行分类统计查询。

4.2.4 灌区配水计算

根据灌区农作物种类和相应种植面积，计算各单元应配水量。大量研究表明，用水者（农民）根据多年的灌水实践并参照当前的气象信息，往往比其他人更了解灌溉需要多少水，何时需要水，因此灌区需水可采用自下而上由用水户提出用水申请，包括申请灌溉面积、灌水量、灌溉时间等，由灌溉处分类汇总，考虑各级渠道及建筑物的过流限制，按照一定的受益原则，制定配水计划，以最大限度地满足用水需求。根据干渠分水口流量或水位进行明渠水流计算，从而预测干渠各断面水位和流量，以便进行防洪和灌溉调度。

5 结论

桃山水库农业供水自动化管理系统的建成和投入使用，可以根据灌区需水计划表和库区实际来水量以及实际可用水量进行水库配水调度、协调灌区用水，尽最大限度满足农作物用水需要;根据明渠水流计算结果，进行各点闸泵调度，保证渠道安全，并按要求完成输水;根据洪水预报结果，进行防洪调度，及时开闸排洪，保证水库安全和干渠安全，并使弃水量最小，水资源达到最大化利用。

[1]李长茂，陈海源.天津港供水自动化管理系统的开发[J].水道港口，2002，23（S0）：199-201.