農業供水自動化管理系統在桃山水庫的應用

高廣峰，王宇航

（黑龍江省桃山水庫管理處，黑龍江七臺河 154600）

1 工程概況

桃山水庫位于黑龍江省七臺河市內，第一期工程于1990年8月末竣工，是一座以防洪、城市供水為主，兼顧灌溉、養魚等大型綜合性水利樞紐工程。桃山水庫興利供水任務是城市供水和農業供水。水庫設計灌溉面積為8 467 hm2，包括七臺河灌區水田200 hm2，菜田800 hm2;勃利水田3 827 hm2;樺南水田1 213 hm2;依蘭水田2 427 hm2，共有6處取水口直接從河道中取水，分屬于長興灌區、中鮮灌區、大鮮灌區、倭肯灌區、公心集灌區和安興灌區，從水庫處至最遠的安興灌區渠首的直線距離為72.5 km。

桃山水庫農業供水自動化管理系統設計有1個中心站，6個觀測站，12個測控項目。

1）中心站：桃山水庫管理處監控中心。

2）測控項目：6個水位、6個流量，總計12個測控項目。各遙測站將數據傳輸至中心站。

2 系統建設目標

桃山水庫農業供水自動化管理系統以信息采集系統為基礎，通信傳輸系統為保障，計算機網絡為依托，決策支持系統為核心，高效可靠，先進實用。系統建成后，可以實現各類水情、工情的自動采集、實時傳輸、在線分析、綜合調度;完成各灌區渠首的水位、流量等實時監測，實時掌握各段的運行狀態，提供準確、可靠的數據;根據來水預測和引水量計算成果以及各部門用水計劃，通過水量供需平衡原理，采用先進實用的數學模型，制定多套調度方案，進行專家優化，確定優化調度方案，科學調度，合理分配水量。

3 系統構成

本系統由遙測站和中心站兩部分組成。遙測站是現場數據采集、存儲和上傳的基本單元，主要由流量計、數據采集單元和GPRS無線數據傳輸終端及電源等部件構成。中心站是系統核心，設置在水庫管理處（監測中心），是由工作站、GPRS無線數據傳輸終端、UPS、控制中心局域網、公共服務器等設備及相關軟件組成。遙測站同中心站之間通過GPRS短信服務實現信息傳送，共同組成一個性能優越、經濟性好、運行靈活、擴展方便的遠程數據監測網絡。系統構成見圖1。

圖1 供水自動化管理系統構成圖

4 系統主要功能

4.1 遙測站功能

1）遙測站工作在微工耗值守狀態，遙測站按設定的采樣周期時間采集流量、水位、閘位等數據。當流量、水位等數據變化超出設定區間或閘門閘位發生變化時立即向中心站發送最新信息。

2）遙測站按設定時間采集電池電壓、交流電源電壓數據，向中心站發送電源狀態等信息。

3）遙測站在接到中心站命令后發送本站存儲信息。

4）系統運行人員在現場人工觀測其他數據，用人工置數的方式將觀測數據、觀測時間、數據類型等參數發回中心站，存入工作站數據庫。

5）現場能夠設置本站站號、采樣時間、報平安時間、傳感器類別等遙測站參數，現場能對傳感器進行動態測試。

6）遙測站具有數據存儲功能，每5 min存儲一次監測值，能存儲1年的監測信息量。

4.2 中心站功能

中心站是農業供水管理系統的監控核心，中心站的功能是由硬件設備和軟件系統共同配合實現。詳見圖2。

圖2 供水自動化管理系統中心站功能圖

4.2.1 實時監視

實時信息采集：完成相關水情、雨情、工情等監測數據的自動化采集，重點是對閘泵安全運行狀態、隧洞安全監測、干渠各支渠口流量、庫區雨量等信息的實時動態監測和監測數據的自動化采集和監測數據預處理。

實時信息傳輸：將實時采集的數據通過通訊網絡傳輸到數據庫服務器，由數據庫服務器將數據按標準格式存入數據庫，保證各種信息規范化儲存。數據庫服務器里的數據是信息共享、數據統計和查詢、科學計算等的基礎。

實時報警：將實時信息對照報警閾值，如果越限則進行報警;儀器設備或工情出現異常，則進行故障報警;報警方式包括文字、圖象、聲音等，同時將報警信息寫入報警日志。

4.2.2 數據管理

由系統管理員對不同操作員授權，進行灌區及灌溉管理機構、灌區建筑物類型、灌溉名稱的定義和錄入，完成對灌區的描述。

4.2.3 供水管理

完成灌區所處行政區劃，以縣、鄉定義，對不同用水戶的行政屬性定義，并將用水戶和末級渠道聯系起來，是水費管理的基礎。從水源開始，自上而下，完成渠系建筑物的續接關系，是配水計劃制定的基礎。制定各用水單位的用水計劃、審批。包括用水申請、自動配水、配水計劃查看、下達計劃等，可根據渠系結構和渠道的過流能力、泵站的提水能力，在短時間內完成渠系配水過程，輸出包括渠道名稱、起止時間、相應流量及配水記錄。取水口位置或路線的優化用水計劃。系統可定義不同灌溉季節、不同水管所和不同鄉鎮的用水制度和用水單價，并根據不同的水價，自動生成應付水費清單，之后可進行單用戶水費查詢，也可進行分類統計查詢。

4.2.4 灌區配水計算

根據灌區農作物種類和相應種植面積，計算各單元應配水量。大量研究表明，用水者（農民）根據多年的灌水實踐并參照當前的氣象信息，往往比其他人更了解灌溉需要多少水，何時需要水，因此灌區需水可采用自下而上由用水戶提出用水申請，包括申請灌溉面積、灌水量、灌溉時間等，由灌溉處分類匯總，考慮各級渠道及建筑物的過流限制，按照一定的受益原則，制定配水計劃，以最大限度地滿足用水需求。根據干渠分水口流量或水位進行明渠水流計算，從而預測干渠各斷面水位和流量，以便進行防洪和灌溉調度。

5 結論

桃山水庫農業供水自動化管理系統的建成和投入使用，可以根據灌區需水計劃表和庫區實際來水量以及實際可用水量進行水庫配水調度、協調灌區用水，盡最大限度滿足農作物用水需要;根據明渠水流計算結果，進行各點閘泵調度，保證渠道安全，并按要求完成輸水;根據洪水預報結果，進行防洪調度，及時開閘排洪，保證水庫安全和干渠安全，并使棄水量最小，水資源達到最大化利用。

[1]李長茂，陳海源.天津港供水自動化管理系統的開發[J].水道港口，2002，23（S0）：199-201.