“互联网+”节水灌溉智能化管理系统应用与研究

贺 翔，栗季鑫

（湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司，湖南 长沙 410007）

1 概 述

湖南省是典型的农业大省，但农业基础设施薄弱，农业综合生产能力滞后，与之相适应的农业基础设施比较薄弱，特别是较多灌区受当时历史条件和经济条件的限制，工程设计标准普遍偏低，工程质量缺陷较多，配套设施不全，信息化工程建设基本是一片空白。

在几十年的运行过程中，各大灌区的渠道仍使用手摇式闸门或缺少闸门，且水位监测和流量监测基本一直处于人工观测水平。人工观测存在频率低、实时性差、时常漏测等问题，无法进行较为准确的计量，直接影响水量计算的结果，只能采用“按亩收费”“小时收费”等粗放式收费方法，误差大，收费困难，导致调度管理水平不高，无法适应现代管理需求。

在信息化技术飞速发展的年代，应用先进的信息化技术和手段，以渠道水位、流量数据为基础，积极采用新技术、新材料、新工艺开展灌区信息化研究，提高工程计量率和水资源监督管理能力，是解决水资源供需矛盾、提高水资源利用效率和效益、维系良好的生态系统的关键，是节水型社会建设的必然要求和重要内容，对实现水资源可持续利用和经济社会可持续发展具有重要作用。

2 总体框架

通过对灌区不同类型的渠道、不同水文年的农作物灌溉用水进行分析，对全灌区的渠道利用率、渠系利用率、灌溉水利用率进行跟踪调查、测算，在重要引水口、分水口、用水管理分界断面、用水计量断面以及主要的泄水、退水、排水口处建立合理的智能感知设施（设备）和控制设备，稳定可靠地采集灌区范围内的用水量数据并进行统计分析，实现水量计量、闸门控制全自动化。构建节水灌溉智能化管理系统，建设水费计算以及用水决策支持系统，全面实现水库灌区水管理的信息化、科学化，为水价改革机制的形成提供技术支撑，为灌区总体水资源调配找到最佳平衡点，最终实现节水以及水资源高效利用的目的。

“互联网+”节水灌溉智能化管理系统由智能化管理平台、数据分析软件以及灌区感知体系组成，见图1。

图1 系统组成结构图

1）灌区感知体系。采用多样化的监测手段，自动采集与人工采集相结合，直接监测与相关行业来源间接监测整合相结合，实现灌区量测水、视频、闸门等要素的广泛动态感知，为自动控制体系、信息服务及智能应用体系提供高效、可靠的数据支持。

2）数据分析软件。各类监测设备实时数据包接收、处理、入库，各类异常数据判断、处理、入库，各类监测设备数据召测，闸门后台控制、处理等。

3）智能化管理平台。采用空间地理信息技术、计算机网络技术、现代通信技术、数据挖掘处理技术，结合灌区实际需求，以提高对灌区数据采集、信息监控水平为目标，扩大灌区信息化、智能化的应用范围，构建一个集约、开放、兼容的节水灌溉智能化综合管理平台。

3 技术路线

查勘灌区渠系信息、作物灌溉、用水管理方式、水费征缴等现状，确定在线监测站点方式、通信方式、控制方式等；构建计量模型、率定模型等模型；以灌区管理所为信息中心，利用“互联网+”、云平台等信息化技术为支撑，采用综合信息管理平台+微应用的模式，构建基于一库、一图、一平台的智慧灌区综合信息管理平台，依托在线监测信息和模型，搭建灌区用水管理微应用和微信公众平台，实现灌区的用水自动计量、自动控制与管理，为用水管理、水费征缴提供可靠的数据支撑和依据。见图2。

图2 智慧灌区技术路线框架图

4 系统组成

4.1 灌区感知体系

按照实行最严格水资源管理制度和农业水价综合改革以及《国家节水行动方案》的要求，提高灌区工程用水计量率与水资源监管能力，最终实现用水终端精准计量。感知体系原则如下：

1） 按照《灌溉渠道系统量水规范》（GB/T 21303-2017）等要求，遵循经济适用、简便易行、满足取用水管理和计量收费需要的原则，因地制宜选择标准断面、渠系建筑物、量水堰、量水槽、流速仪、量水仪表等量水设施计量。

2） 在灌区渠首、干支渠口门、管理分界断面、灌区骨干工程与末级渠系分界点（一般是斗口）设置供水计量设施，由灌区管理单位负责管理和计量。具体如下：

①取水口计量。一般指灌区骨干水源取水口（渠首）等，要实施用水计量，可采用雷达流速仪量测水方式进行计量监测。

②分水口计量。总干渠向干渠分水、干渠向分干或支渠分水、分干向支渠分水的分水口要实施用水计量，可采用雷达流速仪量测水方式或巴歇尔槽量测水方式进行计量监测。

③配水口计量。支渠向斗渠分水口、干支渠上的直灌口要实施用水计量，可采用巴歇尔槽量测水方式进行计量监测。

④其他。对于有涵闸建筑物的计量点，可利用涵闸量水方式进行计量监测；对于有管道的分水口可采用管道流量计进行计量监测；对于较小的斗渠可采用建设简易量水设施（如水尺等）和移动计量相结合的方式进行计量监测。

4.2 智能化管理平台

智能化管理平台主要由基础信息、办公管理、灌区监控、历史数据、调度与计量、系统维护管理等6 个部分组成。

基础信息模块对灌区及其相关信息进行查看和导出，为整个系统的正常运行提供最基本的数据支持，包含灌区概述、用水信息、取水信息、输水信息、站点信息等功能。

办公管理模块是根据灌区管理局日常办公、外出巡查等工作流程制定各种工作表格的填报、查看、审批和导出功能，实现信息化办公管理，包含通知文件、签到定位、办公日志、巡查记录、通讯录等功能。

灌区监控模块对灌区内各类监测站点实时采集的数据、监测站点实时的运行情况进行查看和导出，对各类站点提供远程操控以及数据的人工修正，包括实时监控、设备监控、闸阀门控制、人工修正等功能。

历史数据模块对各类监测站点所采集的历史数据、闸阀门历史操控数据进行统计分析、展示和导出。包括：闸阀门信息、流量信息、用水量信息、运行工况等功能。

调度与计量模块包括灌区灌溉过程中用水交费账户的信息展示与维护，用水计量与计价公式以及参数的展示、设置；水量统计报表与应交水费表的生成、审核与查询；用水计划的上报与抄表上报。

系统维护管理是对整个灌区量测水信息管理系统基本信息及参数进行维护管理的模块，主要包括用户管理与授权、后台日志、基本信息维护、站点信息维护、关联参数配置等功能。

4.3 水资源优化配置模型

为了实现灌区水资源合理配置和高效利用，必须充分了解并深入分析灌区的主要水源，然后根据水量的不同要求，科学安排电站发电用水、农业灌溉配水、生态补水。要发挥灌区配水调度的特点，提高供水效率，减少无效弃水，在节水的同时最大限度提高电站发电效益。水资源优化配置模型的建设，将有助于灌区在电站发电用水、农业灌溉配水、生态补水等方面进行科学、有序地调度，在保障灌区农业灌溉的同时也提高了水资源的利用率。包括灌溉需水分析、来水分析、可供水量分析、水资源配置、水资源调度、取用水统计及用水考核等功能。见图3。

图3 水资源配置与调度数据流程图

5 结 语

通过灌区信息化建设，监控灌区水情和水量信息的能力将使灌溉逐步向科学、合理配置用水的方向转变。做到分渠、分区按节点计算并控制灌溉水量，达到计划用水、合理用水，实现拟定的灌溉方案；将以往单一靠人工观测模式逐步转变为以“系统监测为主、人工校测为辅”的新型管理模式，为灌区精确调度、快速反应、科学决策提供现代化手段；由粗放型供水到精确稳定的水量供给模式，增加可供水灌溉面积，推动科学的灌溉模式，进而提高灌区农业产量，增加经济收入。