遼陽灌區量水設施設備及信息化系統建設設計

周大鵬

（遼寧省水利水電科學研究院 遼寧 沈陽 110003）

1 基本概況

遼陽灌區建于1958年，灌溉面積為10.1萬畝，屬中型灌區。由于工程建設標準低，建筑物病險、老化、損壞，渠道滲漏現象嚴重，部分渠道河段淤積，過流能力嚴重不足，致使灌溉歷時加長，灌溉保證率受到嚴重影響。

以往灌區運行管理相對混亂，受灌溉面積廣、人員技術水平低、資金短缺等諸多因素的影響，只管樞紐和干渠，而忽視了對整個灌區渠系鏈路節點和末端的管理，從取水口、干渠、支渠、斗渠、農渠直至田間，由于缺乏以高精度自動采集儀器和先進通訊設備為支撐手段的數據采集和信息傳輸，灌區范圍內渠道控制節點的水位、流量、田間水深、雨量等數據信息不能及時、準確地反饋到管理站和遼陽灌區管理處，無法實施科學有效地統一調配灌溉管理，制約了當地農田灌溉用水的需求。

2 建設必要性

結合遼陽灌區目前正在開展的節水配套改造項目建設，采用工程和非工程措施相結合的方式，進一步提高灌區管理水平，發揮工程效益，為灌區水資源優化配置提供有力保障。灌區量水設施設備及信息化系統建設正是非工程措施的重要組成部分，根據監測作物不同生長期的需水量，控制渠道的水位、流量，實施科學的預報和決策，促進灌區全面實施“節水、增效、增產”的局面。

3 建設內容

遼陽灌區量水設施設備及信息化系統建設將遵循科學、可靠、可持續的原則，建立符合遼陽灌區特性的運行管理架構。主要建設內容包括渠情監測系統、閘門監控系統、視頻監視系統、墑情監測系統、信息查詢系統、通訊系統和信息決策支持系統七部分組成。

3.1 渠情監測系統

主要監測渠道控制節點的上、下游水位，實現閘前、閘后水位的實時自動測量，為水閘獲取瞬時過閘流量值和累積過閘流量值提供保障，在灌區支渠上共設置監測點15處。

圖1 遼陽灌區量水設施及信息化建設框架圖

水位采集可采用浮子式、壓力式、氣泡式、超聲波式等水位計。浮子式水位計利用浮子跟蹤水位升降，以機械方式直接傳動記錄，需建設測井，適合岸坡穩定、河床沖淤不大的低含沙河段。壓力式水位計根據壓力與水深成正比關系的靜水壓力原理，運用壓敏元件作傳感器，當傳感器固定在水下某一測點時，該測點以上水柱壓力高度加上該點高程，即可間接地測出水位。氣泡式水位計是將一根上端裝有壓力傳感器和氣源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空氣或惰性氣體，壓力傳感器即可測出管內氣體壓力，此值與管子末端以上水頭成正比，通過記錄系統轉換成水位，特別適用于污染嚴重的水體和腐蝕性強的工業廢水等，國外普遍應用。超聲波式水位計是應用聲波反射的原理來測量水位，聲波在介質中以一定速度傳播，當遇到不同密度的介質分界面時，聲波立即發生反射。

渠道內由于受安裝條件、水面波動性、安全防護等因素影響，超聲波式是較為適合。在水閘的上下游安裝超聲波水位計，采用太陽能板浮充蓄電池的方式進行供電，按照水位定時或變化1cm的標準進行數據采集，通訊傳輸采用GPRS的模式，實現數據上報功能。

3.2 閘門監控系統

主要對灌區重點管理站附近節制閘的閘門實現現地和遠程控制，控制閘門的開啟、限位、開度、關閉，實現運行過程中電機機組電參量的監控。設置監控站2處，分別在沙嶺站和黃泥洼站，實現對監控站管理閘群處水閘的遠程在線控制，完成沙嶺站4孔節制閘和黃泥洼站6孔節制閘的控制。

在閘門現地控制裝置上安裝開關量采集模塊和模擬量采集模塊，實現遠端上位機的采集和控制。采用模塊化控制適用于小型水閘的建設，與可編程邏輯控制器（PLC）控制相比，將降低工程成本。

圖2 遼陽灌區網絡通訊組網圖

3.3 視頻監視系統

主要實現對灌區的重點水工建筑物、機電設備、管理站區域、量水水尺等處的實時監視，對灌區已建視頻監視點進行系統整合和升級，增設8個視頻監視點，實現覆蓋全灌區的視頻網絡系統，保障灌區的運行管理安全。

視頻監控點采用全方位紅外攝像機，攝像機供電就近取電AC220V，采用視頻、電源、信號多級防雷手段，實現管理處監控室圖像的采集和存儲，通過自建擴頻網絡實現圖像的傳輸。

3.4 墑情監測系統

主要實現灌區的覆蓋全區域的土壤含水量、溫度、田間水深的監測。由于遼陽灌區位于遼陽首山漏斗區的區域范圍內，共布設監測地塊3處，分別在漏斗區的中心、邊緣、外側。每處地塊根據地勢條件的不同設置2個監測點，選擇10cm、20cm和40cm深度的不同土壤層進行相對含水量的監測，同時在20cm土壤層監測溫度；并在田間設置田間水深觀測測井，隨時監測作物不同生長階段的墑情指標和灌溉期田間水深情況。

墑情監測主要設備包括墑情采集儀、水位計、溫度計和水分傳感器，供電采用太陽能板浮充蓄電池，按照每日8:00進行定時采集，灌溉期按照每8小時采集一次，通訊傳輸采用GPRS的模式，實現數據上報功能。

3.5 信息查詢系統

實現對灌區基本資料、農戶信息、水費征繳、政策和法規等內容的在線查詢，在灌區管理站服務大廳安裝觸摸屏查詢終端，設置信息查詢服務終端2處，便于灌區灌溉農戶的查詢。

采用觸摸式工作站設備，通過訪問內部局域網，實現觸摸式工作站與數據庫服務器數據的共享，通過觸點的方式實現資料的查詢。

3.6 網絡通訊系統

考慮到遼陽灌區各管理站、節制閘等處分布分散、距離較遠，部分水閘處沒有供電設施，而采用有線傳輸（敷設光纜、電纜）方式投資較大。因此，灌區網絡通訊系統采用無線通訊傳輸方式，可隨時增加監測的節點，便于維護和管理。將監測點的數據、圖像信息傳輸至管理站，然后由管理站傳輸至遼陽灌區管理處（監控中心），網絡覆蓋整個灌區，為管理處和管理站第一時間獲得信息提供有效地保障措施，為灌區的科學調度提供有力的數據支持。

對于渠情監測、墑情監測和自動氣象站，考慮到測站分布分散、無法保障供電等因素的影響，采用GPRS技術進行數據傳輸，實現數據雙發，管理站和管理處直接獲取監測數據。

鑒于視頻圖像傳輸占用的網絡帶寬較大，考慮系統的冗余設計，采用無線擴頻技術進行圖像的傳輸，滿足圖像傳輸的需求，同時可將閘門監控的數據通過無線擴頻技術傳輸至監控中心。

3.7 信息決策支持系統

信息決策支持系統是整個灌區自動化和信息化的中樞部分，主要實現遼陽灌區管理處（監控中心）的硬件配置建設和軟件架構的開發。

監控中心硬件建設。主要對監控中心進行硬件設備的配置，需要采購工作站、數據庫服務器、網絡交換機、中心基站、硬件防火墻、視頻服務器、監控顯示屏等設備。

軟件架構建設主要采用B/S（瀏覽器/服務器）和C/S（客戶端/服務器）相結合的方式進行系統開發。主要有工程信息管理、渠情監測信息管理、墑情監測信息管理、閘門監控信息管理和視頻監視圖像管理，決策支持平臺建設采用B/S模式開發，為管理和決策人員服務。系統支持WEB瀏覽器方式運行，信息化平臺系統與專業成果數據庫對接，實現專業成果的網絡發布。

4 結語

量水設施設備及信息化系統設計，充分利用現代電子技術和信息技術，深入開發和廣泛利用灌區管理的信息資源，以精度高、穩定性好的電子設備實現信息的采集、傳輸、存儲和處理等，大大提高信息采集和加工的準確性以及傳輸的時效性，而獲得的渠系工情信息、水情信息、氣象信息、田間信息等，將為遼陽灌區管理部門做出及時、準確的反饋和預測，提供科學的決策依據，以促進遼陽灌區實現科學化和高效化管理。陜西水利

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