信息化技術在灌區節水配套改造工程中的應用探討

（聊城市位山灌區管理處，山東聊城 252000）

近年來，水資源匱乏的問題嚴重影響了我國的經濟發展和社會建設。在我國的農業生產中，為了提高水資源的利用率，20世紀50年代興建了大量的灌區工程，解決了當時的農業灌溉問題。截至目前，灌區已經運行了幾十年，年久失修、水資源浪費嚴重、灌溉效益差成為大部分灌區的現狀，因此，須進行灌區的節水配套改造。

信息化技術的發展為我國工農業生產的發展起到了較大的推動作用，借助信息化技術的優勢進行灌區配套設施的節水改造，在聊城市位山灌區取得了較好的效果，提高了灌區灌溉的節水效果。

1 灌溉節水信息化系統的組成概況

灌溉節水信息化系統主要由前端系統、傳輸網絡、數據平臺三部分組成。

1.1 前端系統

前端系統包括水文系統、視頻監控系統，其中視頻監控系統功能的實現需要電源和互聯網的支持。視頻監控系統主要用于監測現場的情況，現場視頻處理單元具有存儲功能，可以保存一定大小的前端視頻。供電方面可使用太陽能電源或風力發電設施，網絡可通過4G通信技術實現。

1.2 傳輸網絡

傳輸網絡主要通過有線網絡或4G無線網絡，在前端和數據平臺間完成信息的傳輸。前端系統中視頻監控單元采集的視頻、圖片等數據通過傳輸網絡，可以傳遞到數據平臺部分并進行保存。系統的管理者可以隨時查閱，出現異常情況可以通過遙控指揮，解除異常情況。現場采集的視頻通過特定的IP接入系統，水利部的視頻專網可借助防火墻與統一視頻專網進行連接，相關部門可以進行視頻資源的共享。在技術方面，監控平臺應滿足《安全防范視頻監控聯網系統信息傳輸、交換、控制技術要求》(GB/T 28181—2011)、《跨區域視頻監控聯網共享技術規范》(DB33/T 629—2011)，可實現聯網功能，滿足相關技術規定。

1.3 數據平臺

數據平臺主要承擔了視頻接收和監控設備管理的任務。數據平臺負責接收傳輸網絡中的前端視頻、圖片等，可以完成系統內全部監控設備的管理，數據平臺直接服務于系統管理者。灌區的信息化改造過程中，灌區節水配套改造工程的信息化系統建設是其中一項關鍵工作。灌區節水配套改造工程信息化系統的建設，需要融合計算機技術、集成化控制技術、網絡信息技術及人工智能技術等一系列現代化技術，系統建設完畢后應表現為一個自動化水平較高的監控系統。監測系統先進行用水量信息的采集，再將采集的數據信息傳輸到數據處理中心進行加工，通過既定的算法確定供水量并執行灌溉指令，最終實現節水的目標。

灌區節水配套改造工程的信息化系統搭建，需要完成監測系統信息組網的配置、灌區用水信息收集和傳輸、信息采集路徑規劃、數據機房的設計以及供電系統設計等相關工作。

2 信息化技術在灌區節水配套改造工程的應用要求

2.1 可靠性

可靠性是系統實現功能的基本要求之一，信息化技術應用于灌區節水配套改造工程要求的可靠性主要是針對監控系統。在實踐中，監控系統是用于水利工程管理的一種重要工具，須保證其可靠性，以確保在發生突發事件時，可充分發揮其應有的作用。

與工作、生活中常見的監控系統相比，灌區水利工程中的監控系統具有明顯的特殊性。灌區節水配套改造工程信息化系統的前端系統工作環境復雜，長年置于戶外環境，可能面臨大風、暴雨、高溫、雷電、冰雹等各種極端天氣，但均能夠保證其可靠性，以保證整體系統的正常工作。

在前期設計階段應充分考慮以上情況，做好系統方案的設計和硬件的選型，在關鍵位置設計圍擋保護設施，多方面措施共同作用保證前端監控系統的可靠性。水庫大壩等水利工程一般地域空曠，監控系統較易受到雷電的干擾、破壞。因此，室外的視頻傳輸線路應使用光纜傳輸，以降低雷電的干擾，保證監控系統正常運行。

2.2 先進性

現階段，技術、產品實體的更新速度越來越快，在系統的設計階段，應充分平衡技術先進性、實用性、經濟性間的關系。在實用性和技術性層面，應優先選用已經實現成熟應用的監控系統，以確保系統運行的穩定性。

系統的設計需要具備一定的超前性，以保證在未來一段時間內，系統中應用的技術和硬件設施不被淘汰。

系統的設計需要具備一定的經濟性，要求設計的系統和使用的硬件不能過于昂貴，需要綜合考慮整個系統的成本預算。

2.3 擴展性

整體系統使用了模塊化的設計理念，基礎功能單元方面按照實際功能需要由多個功能模塊拼成，各個功能模塊均需要符合相同的技術協議和標準。模塊化的設計方便了后期系統的功能擴展，預留了升級空間。

2.4 實用性

實用性要求主要針對監控點的選擇，應保證實際的應用效果，需要考慮系統建設的實際位置和環境情況。還應考慮本系統與其他系統間的資源共享，便于水利工程中多系統的長遠綜合發展規劃。

2.5 經濟性

系統的建設和運行維護均需要資金的投入，脫離成本的設計無法實現。因此，在系統的設計中，保證系統功能和穩定性的前提下，應充分考慮經濟性，采購環節咨詢多家供應商，選取質量合格、價格適中的產品。

2.6 易管理性

系統的人機交互界面設計上，需要使用純中文界面、圖形化的軟件，以便工作人員進行監控系統的管理，還可以嵌入人機對話功能，提高系統的可操作性。

3 系統功能

3.1 多元視頻監控功能

多個監控點的布置形成監控網，實現灌區的全覆蓋監控，不同位置的監控采集的視頻組成高清視頻、移動視頻、智能視頻等多元化視頻數據，可以實現水利工程災害的應急響應預警，可以有效提高灌區節水配套改造工程的信息化水平。

3.2 可視災害預警功能

可視災害預警功能通過分析前端系統采集的視頻數據，將實時視頻數據與設定值進行對比。當實時數據信息超過系統設置的警戒線時，系統會執行預警指令，并加強對異常系統的監控。

3.3 立體監管功能

立體監管功能主要用以完成前端系統與中心平臺的兩級垂直監管。

3.4 水庫雨水情況信息監測功能

監測功能需要配備一定容量的存儲單元，主要用來實現對實時雨水情況的監測和對歷史存檔的調閱，通過數據的對比，更加直觀地呈現水利工程狀態的變化。

同時，為了完善灌區節水配套工程的信息化改造，在動態配水、灌區渠系量水等方面提高自動化、智能化性能，需要借助計算機技術和互聯網技術的應用，解析前端系統采集的土壤、作物需水量情況、氣象條件等，再結合灌區蓄水規模、輸配水能力，制定合適的灌溉用水方案。灌溉開始后，數據處理系統應繼續分析前端系統采集到的數據，以便及時調整灌溉量，提高灌溉的靈活性、科學性，按需灌溉，優化灌溉配置，提高灌溉效率。

4 灌區節水配套工程信息化改造后評價

信息化灌區節水配套改造工程項目完工后，經過一段時間的試驗，統計得到灌溉水利用率為0.507，灌區的主要水源工程以及灌區分支水利工程的供水能力均達到灌溉的要求。項目完工后可實現年節水156.80 萬m3，灌溉水利用率得到有效提高。

改造工程完工后，該灌區的有效灌溉面積從0.17 萬hm2提升只0.2 萬hm2，恢復灌溉面積333.3 萬hm2，優化灌溉面積0.1 萬hm2。

灌溉條件改善后，按照每公頃恢復面積增產2 250 kg作物、每公頃改善面積增產1 500 kg作物計算，每年可實現糧食增收225 萬kg，糧食單元取2 元/kg，分攤系數取0.4，每年可實現180萬元的經濟效益。

5 結語

綜上所述，灌區節水配套工程的信息化改造需要投入一定的資金，但其建成后可在較長時間內實現良好的經濟效益，可提升區域經濟、環境。因此，應用信息化技術進行灌區節水配套工程的改造，可以提高灌區水資源的利用率，優化灌區輸配水配置，提高水資源的可持續利用效果，促進農業的健康發展，推動現代化農業進程，可為工業水利工程的升級提供參考，推動我國經濟的快速發展。