辽阳灌区量水设施设备及信息化系统建设设计

周大鹏

（辽宁省水利水电科学研究院 辽宁 沈阳 110003）

1 基本概况

辽阳灌区建于1958年，灌溉面积为10.1万亩，属中型灌区。由于工程建设标准低，建筑物病险、老化、损坏，渠道渗漏现象严重，部分渠道河段淤积，过流能力严重不足，致使灌溉历时加长，灌溉保证率受到严重影响。

以往灌区运行管理相对混乱，受灌溉面积广、人员技术水平低、资金短缺等诸多因素的影响，只管枢纽和干渠，而忽视了对整个灌区渠系链路节点和末端的管理，从取水口、干渠、支渠、斗渠、农渠直至田间，由于缺乏以高精度自动采集仪器和先进通讯设备为支撑手段的数据采集和信息传输，灌区范围内渠道控制节点的水位、流量、田间水深、雨量等数据信息不能及时、准确地反馈到管理站和辽阳灌区管理处，无法实施科学有效地统一调配灌溉管理，制约了当地农田灌溉用水的需求。

2 建设必要性

结合辽阳灌区目前正在开展的节水配套改造项目建设，采用工程和非工程措施相结合的方式，进一步提高灌区管理水平，发挥工程效益，为灌区水资源优化配置提供有力保障。灌区量水设施设备及信息化系统建设正是非工程措施的重要组成部分，根据监测作物不同生长期的需水量，控制渠道的水位、流量，实施科学的预报和决策，促进灌区全面实施“节水、增效、增产”的局面。

3 建设内容

辽阳灌区量水设施设备及信息化系统建设将遵循科学、可靠、可持续的原则，建立符合辽阳灌区特性的运行管理架构。主要建设内容包括渠情监测系统、闸门监控系统、视频监视系统、墒情监测系统、信息查询系统、通讯系统和信息决策支持系统七部分组成。

3.1 渠情监测系统

主要监测渠道控制节点的上、下游水位，实现闸前、闸后水位的实时自动测量，为水闸获取瞬时过闸流量值和累积过闸流量值提供保障，在灌区支渠上共设置监测点15处。

图1 辽阳灌区量水设施及信息化建设框架图

水位采集可采用浮子式、压力式、气泡式、超声波式等水位计。浮子式水位计利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录，需建设测井，适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。压力式水位计根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器，当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。气泡式水位计是将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空气或惰性气体，压力传感器即可测出管内气体压力，此值与管子末端以上水头成正比，通过记录系统转换成水位，特别适用于污染严重的水体和腐蚀性强的工业废水等，国外普遍应用。超声波式水位计是应用声波反射的原理来测量水位，声波在介质中以一定速度传播，当遇到不同密度的介质分界面时，声波立即发生反射。

渠道内由于受安装条件、水面波动性、安全防护等因素影响，超声波式是较为适合。在水闸的上下游安装超声波水位计，采用太阳能板浮充蓄电池的方式进行供电，按照水位定时或变化1cm的标准进行数据采集，通讯传输采用GPRS的模式，实现数据上报功能。

3.2 闸门监控系统

主要对灌区重点管理站附近节制闸的闸门实现现地和远程控制，控制闸门的开启、限位、开度、关闭，实现运行过程中电机机组电参量的监控。设置监控站2处，分别在沙岭站和黄泥洼站，实现对监控站管理闸群处水闸的远程在线控制，完成沙岭站4孔节制闸和黄泥洼站6孔节制闸的控制。

在闸门现地控制装置上安装开关量采集模块和模拟量采集模块，实现远端上位机的采集和控制。采用模块化控制适用于小型水闸的建设，与可编程逻辑控制器（PLC）控制相比，将降低工程成本。

图2 辽阳灌区网络通讯组网图

3.3 视频监视系统

主要实现对灌区的重点水工建筑物、机电设备、管理站区域、量水水尺等处的实时监视，对灌区已建视频监视点进行系统整合和升级，增设8个视频监视点，实现覆盖全灌区的视频网络系统，保障灌区的运行管理安全。

视频监控点采用全方位红外摄像机，摄像机供电就近取电AC220V，采用视频、电源、信号多级防雷手段，实现管理处监控室图像的采集和存储，通过自建扩频网络实现图像的传输。

3.4 墒情监测系统

主要实现灌区的覆盖全区域的土壤含水量、温度、田间水深的监测。由于辽阳灌区位于辽阳首山漏斗区的区域范围内，共布设监测地块3处，分别在漏斗区的中心、边缘、外侧。每处地块根据地势条件的不同设置2个监测点，选择10cm、20cm和40cm深度的不同土壤层进行相对含水量的监测，同时在20cm土壤层监测温度；并在田间设置田间水深观测测井，随时监测作物不同生长阶段的墒情指标和灌溉期田间水深情况。

墒情监测主要设备包括墒情采集仪、水位计、温度计和水分传感器，供电采用太阳能板浮充蓄电池，按照每日8:00进行定时采集，灌溉期按照每8小时采集一次，通讯传输采用GPRS的模式，实现数据上报功能。

3.5 信息查询系统

实现对灌区基本资料、农户信息、水费征缴、政策和法规等内容的在线查询，在灌区管理站服务大厅安装触摸屏查询终端，设置信息查询服务终端2处，便于灌区灌溉农户的查询。

采用触摸式工作站设备，通过访问内部局域网，实现触摸式工作站与数据库服务器数据的共享，通过触点的方式实现资料的查询。

3.6 网络通讯系统

考虑到辽阳灌区各管理站、节制闸等处分布分散、距离较远，部分水闸处没有供电设施，而采用有线传输（敷设光缆、电缆）方式投资较大。因此，灌区网络通讯系统采用无线通讯传输方式，可随时增加监测的节点，便于维护和管理。将监测点的数据、图像信息传输至管理站，然后由管理站传输至辽阳灌区管理处（监控中心），网络覆盖整个灌区，为管理处和管理站第一时间获得信息提供有效地保障措施，为灌区的科学调度提供有力的数据支持。

对于渠情监测、墒情监测和自动气象站，考虑到测站分布分散、无法保障供电等因素的影响，采用GPRS技术进行数据传输，实现数据双发，管理站和管理处直接获取监测数据。

鉴于视频图像传输占用的网络带宽较大，考虑系统的冗余设计，采用无线扩频技术进行图像的传输，满足图像传输的需求，同时可将闸门监控的数据通过无线扩频技术传输至监控中心。

3.7 信息决策支持系统

信息决策支持系统是整个灌区自动化和信息化的中枢部分，主要实现辽阳灌区管理处（监控中心）的硬件配置建设和软件架构的开发。

监控中心硬件建设。主要对监控中心进行硬件设备的配置，需要采购工作站、数据库服务器、网络交换机、中心基站、硬件防火墙、视频服务器、监控显示屏等设备。

软件架构建设主要采用B/S（浏览器/服务器）和C/S（客户端/服务器）相结合的方式进行系统开发。主要有工程信息管理、渠情监测信息管理、墒情监测信息管理、闸门监控信息管理和视频监视图像管理，决策支持平台建设采用B/S模式开发，为管理和决策人员服务。系统支持WEB浏览器方式运行，信息化平台系统与专业成果数据库对接，实现专业成果的网络发布。

4 结语

量水设施设备及信息化系统设计，充分利用现代电子技术和信息技术，深入开发和广泛利用灌区管理的信息资源，以精度高、稳定性好的电子设备实现信息的采集、传输、存储和处理等，大大提高信息采集和加工的准确性以及传输的时效性，而获得的渠系工情信息、水情信息、气象信息、田间信息等，将为辽阳灌区管理部门做出及时、准确的反馈和预测，提供科学的决策依据，以促进辽阳灌区实现科学化和高效化管理。陕西水利

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