刍议灌区信息自动化

赵 丹

(黑龙江省八五八农场水务局，黑龙江密山158419)

1 灌区信息自动化的发展背景

近几年来，随着水资源的日趋紧张，世界各国都在积极探索行之有效的节水途径和措施。水利部提出了“从工程水利向资源水利转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变”的新思路。按照这个思路，灌区应建立良性循环的运行机制。灌区的发展趋势应由单一的农田灌溉供水向综合供水发展，由传统管理向信息化管理发展，这也是研究、探讨灌区信息自动化的前题。灌区信息自动化是灌区现代化管理的基础和重要标志。

2 发展灌区信息自动化的必要性

兴凯湖灌区位于黑龙江省三江平原“两江一湖”地区的东南部，密山市和虎林市境内。区内有个农场，另在灌区南部有一处国家级自然保护区，即兴凯湖自然保护区。全区总土地面积2 095 km2，区内现有耕地12.06万hm2，其中水田8.42万hm2，旱 田 3.64万hm2。规 划 灌 溉 水 田 面 积11.13万hm2，工程规模为大(1)型灌区。

长期以来灌区内的闸门主要依靠人工启闭，水位靠人工观测、记录，流量只能估算，相关的数据精度不高，供、用水信息无法及时传递到灌区管理单位。灌区供水、排水调度仅凭经验进行操作，盲目性很大，不利于节约水资源。为了早日实现科学用水，提高灌溉效率，优化水资源调度，我们开展了灌区信息自动化系统的研究。

优化灌区水资源配置、实施水资源优化调度、灌区防汛抗旱、灌区水费改革、灌区实时数据采集等都离不开灌区信息自动化系统。只有通过信息化系统设施的建设，提高信息采集、传输的时效性和自动化水平，才能为实现水资源优级化配置提供手段，为灌区更好的服务经济社会发展创造条件。

3 灌区信息自动化的主要内容

目前灌区管理及行业管理大量资料和信息仍然以传统的手工作业为主，既无法实现对各类资料信息的有效管理、维护，也无法做到信息共享和实时控制。这不仅影响到灌区管理水平的提高，而且各级水利行业主管部门也难以作到及时、准确和全面了解掌握灌区及行业发展的状况及变化趋势。灌区信息自动化的基本内容是:数据的自动采集、通信、处理及共享。①数据自动采集:主要闸门相关数据的自动监测、记录(自动量水技术)，具体包括闸门启闭高度、闸前水位、闸后水位及流速的实时检测，将数据记录在闸门的控制器中。根据灌区的实际情况，选择典型区，建立观测试验站。观测内容包括降雨量、蒸发量、风速、气温、土壤墒情及水层深度等自然信息的自动采集。②数据通信:数据上传及控制指令等信息交换采用有线+无线的混合模式。灌区设1个中心站，在每个分灌区设1个基站，N个现场测控终端。中心站到基站通过因特网通信，基站到测控终端采用无线通信。③数据处理:采集数据后，数据处理系统通过模型进行数据处理，实时调节灌排流量。数据处理结果包括灌溉用水量预测、排水量预测;当日供水量、排水量、损失水量，各级渠道的是平均流量及各闸门的动态跟踪控制。④远程遥测、遥控:远程遥测、遥控功能主要由操作员下达相关指令，中心站与基站进行信息交换，再由基站与测控终端进行信息交换。此时，在中心站及基站的计算机显示控制状态示意及相关数据，终端站显示相关数据。终端站为手动、自动一体化控制结构，故障时手动控制。软件设有出错处理和应急处理程序。⑤用水管理决策支持系统。用水管理决策支持系统以综合数据库为支撑根据上述信息数据源作为分析和调度运行的基础。通过建立系统模型如来水预报模型、可供水预报模型、需水预报模型、多水源联合优化调度运行模型、水量调配模拟模型等，通过计算机软件系统进行分析，做出相应的用水决策。⑥水费管理系统。灌区信息化建设就是要对灌区传统的工作模式、工作方法、工作手段进行革新。针对灌区水资源紧缺，收水费难问题，通过建立灌区水费管理系统，提高水费收支的透明度，便于科学管理使用水费，这是促进灌区工作方式、服务方式以及工作作风转变的重要手段。

4 灌区信息自动化的关键技术

4.1 测控终端

选用Microchip公司的PIC18F46K20型单片机为核心，配置相应的传感器及驱动元件，组成现场测控终端设备。该单片机性价比较高，适于做现场测控。它集成了多种增强型片上外设，包括一个带有锁相环(PLL)、软件可选的高精度16 MHz内置振荡器，一个具有地址掩码功能的主控同步串行端口(I2CCM/SPI)模块，一个备有脉宽调制(PWM)转向功能的4通道、10位增强型捕捉/比较PWM模块，多达14个通道、固定基准电压为1.2V的10位模数转换器，以及双轨对轨比较器。其他主要特性包括:多达64 KB闪存程序存储器、3，936 字节 RAM、1，024 字节 EEPROM 数据。

4.2 数据通信及共享

在信息自动化系统中，应根据不同的应用特点来选择合适的通信方式，对于测控终端到基站的数据交换可采用无线通信(为了保证信息交换质量可采用GSM网络通信)，基站到中心站采用因特网通信。计算机网络及无线通信组合应用，为信息自动化系统的高效运行提供了支持。通过数据库，将气象、水文、水情、墒情、运行等数据有效的归档整合，在管理平台上实现数据的共享。

数据库是信息资源管理的先进工具和处理核心，在整个系统中起着关键性作用。灌区综合数据库负责对灌区运行数据的输入、整理、归档、查询、打印，进行统一的有效的管理;为灌区的安全运行和调度管理提供数据服务，能大幅度地提高灌区优化调度和经济运行等各项工作的效率。数据库选用Microsoft SQL。

4.3 实时控制

灌区数据采集与处理的主要目的是为运行管理提供依据，调度员依据系统提供的信息，及时下达控制指令。在控制软件的设计中包含错误指令处理程序，以保证系统运行在正常的范围内。在闸门现场控制中有硬件、软件双限位措施，以保证设备不受损坏。远程监控系统中，闸门控制软件除了收发现场闸位、水位、闸门运动状态等数据和对闸门进行正常的升、降、停操控外，还将视频监控画面嵌入闸控软件，使得在对闸门进行操控的同时可看到现场的设备运行情况，提高了远程闸门控制系统的安全可靠性。

4.4 设计适合灌区管理的软件系统

在软件设计和开发中，紧密结合灌区实际情况和业务流程，开发专业性强，适用于灌区管理，人机界面友好，方便操作的平台。

5 结语

由于灌区范围大，工程分散，分水建筑物多，区内气候及作物生长存在差异。降雨量分布不均，用传统的人工传递信息方法来决策调度方案，其灌区水资源调配往往滞后于客观实际的变化，很难达到优级化调配、节约用水的目的。我国农田灌溉用水的效率很低，全国综合灌溉水的利用系数约为0.5，节水的潜力很大。除了通过工程措施提高用水效率外，先进的灌区信息自动化技术也是节约农田灌溉用水的重要手段。因此，只有大力发展灌区信息自动化建设，提高信息采集、传输、处理的时效性和自动化水平，才能为实现水资源优化配置提供手段，为灌区节水、可持续发展创造条件。

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