農村灌區輸配水自動化技術分析

摘要：自動化技術是發展現代化農業的重要基礎，保障灌區輸配水穩定對于農業發展有著關鍵影響，因而輸配水自動化技術對于農村灌區至關重要。本文首先分析了農村灌區輸配水系統的基本構成，然后對其內容進行了探討，最后分析了農村灌區輸配水自動化技術系統的部分功能，以供參考。

關鍵詞：農村灌區；輸配水；自動化技術

隨著我國農業不斷發展，精細化、高效化、現代化已成為實現農業強國的主要目標。為保障農村灌區的農業產業穩定發展，需要自動化輸配水管理系統向其提供可靠的技術支持和水資源保障。

1.1 灌溉用水的取水系統

根據水源位置差異，取水系統的利用方式也不盡相同。以河川徑流灌溉取水為例，主要有以下4種方式。

無壩取水：若河川水位較高，而農村灌區的地理位置較低，可在位于河道上游的適宜位置選址建設取水口。

有壩取水：若農村灌區地理位置高于河川水位，則需要修建水壩引水，利用引渠取水灌溉。

抽水取水：若農村灌區地理位置較高，且無法修壩取水，則要考慮選取合適位置在河道附近建設抽水泵站，便于借助揚水的方式組織實施取水灌溉。

水庫取水：如果農村灌溉用水量需求較大，現有的河道供水量難以滿足實際需求，則要適時修建水庫，利用蓄水、抽水、揚水等方式進行取水灌溉。

1.2 灌溉渠道的輸配水系統

依據農村灌區的面積大小和地理條件，可將灌溉渠道的輸配水系統劃分為4級，即農、斗、支、干。倘若農村灌區面積過大且地形十分復雜，可以按照因地制宜的原則增設分渠。如果灌區面積較小且地理條件較為優越，則可視情況將斗渠或是支渠等灌溉渠道刪減一些。另外，對農村灌區渠道以下的臨時性田間設施，還會設置有灌水溝、毛渠、畦等多種輸配水系統。

輸水主要依靠干渠，而配水主要依靠斗渠、支渠。當前多數農村灌區要求輸配水系統既要滿足及時灌水的需求，也要具備穩定排水的功能，即多雨時節要依靠輸配水系統及時完成排水，而干旱時節則要依靠輸配水系統有序有效灌溉，并且在灌溉時要將多余的水分快速排出。因此，農村灌區的輸配水系統要與農田的排水系統形成緊密關聯的整體，才能保障輸配水效果符合農村灌區農業生產需求。

2.1 計算機技術

目前，許多國外制造商已經在Windows平臺上開發了SCADA的組態軟件。該系統采用多種軟件平臺，可完成與灌區調度相關的數據采集、數據整合、數據記錄等工作，并具有較好的圖形化、可視化人機交互界面平臺。目前，國內針對灌區自動化系統開發的SCADA組態軟件，與國外許多同類產品相比，缺乏明顯優勢。根據SCADA技術的發展和不斷規范，制定了相應的技術標準，為我國水利信息化、自動化建設與發展提供了有力的技術保障。

2.2 控制技術

SCADA系統中的slave是一個控制裝置，也可以說是一個底層計算機，其下部控制裝置主要由智能測控裝置、遠程測控終端、智能控制器、智能儀表、PLC控制系統等組成。在SCADA系統中，控制裝置數量眾多，其價格和可靠性都會受到很大的影響。根據控制元件的不同，控制裝置分為以下幾種。

PLC+PC控制模式：各大生產廠商的PLC型號不盡相同，且都擁有一套系列化系統產品平臺，不僅具有自動閉合的網絡，同時也提供了十分豐富的接口。

單片機模式+PC：對于灌區SCADA系統來說，單片機是構成底層計算機的主要方式手段。

輸入遠程測控終端（RTU）+PC：該控制模式具有遙測、遙信、遙調、遙控等多種功能。

混合控制模式：目前大部分SCADA系統都是采用RTU和PLC組成的混合SCADA底層計算機執行控制處理。

智能化現場測量和控制單元：在SCADA系統中，一般都是由slave控制，還有一部分是直接與PC計算機相連，形成基于通信環境的控制系統。

2.3 傳感技術

在農村灌區SCADA系統的管理場景中，需要安裝大量的傳感設備和執行設備，這些設備共同完成SCADA的數據采集，并完成對SCADA的控制反饋。SCADA中采用了兩種不同的傳感器，即非智能型傳感設備及智能型傳感設備。非智能型傳感設備運行的主要作用是將電能轉化為規范化的信號，并將不用電能的量化數據信息轉化為規范化的傳輸指令。智能型傳感設備不僅具備非智能型傳感設備的基本性能，同時具備顯示數據、上下限報警、PID調整、簡易數碼邏輯管控等多種功能。目前的新型智能化傳感設備還具有現場總線的能力，可以與SCADA的下級控制器和PC主機進行通信，形成SCADA系統，組成灌溉系統的SCADA體系。當前，農村灌區構建的SCADA系統可監測的傳感參數包括流速流量、表面蒸發量、濁度、電流電壓、閘門開度，以及水位開關、限位開關等。

2.4 通信技術

選用通信技術和通信設備是建設農村灌區SCADA系統的重要部分。可用于SCADA系統的通信技術主要有以下幾種。

串行互連總線：包括RS-232、USB、RS-485等總線技術。

網絡技術：主要通過TCP/ IP協議，利用計算機網絡互連技術，通過路由器、中繼器、遠程訪問服務器等通信設備系統，實現動態數據交換。

測控總線標準：例如P r o f i b u s、P H O E B U S、HART、Modbus、Lonworks等。

無線通信：包括擴頻通信、衛星通信、短波通信、CDMA等。

有線通信：結合了寬帶數據網、局域數據網以及光纖工程，改善了農村灌區SCADA系統通信技術的便捷性。

3.1 水位流量自動化監測預報功能

該功能可以完成對渠系、灌溉用水的水情監測，掌握水位變化的數據并利用計算機服務器將采集的數據及時傳輸。水位流量自動化監測預報功能將通信、水文監測、計算機等技術相融合，解決了灌區用水資料不能精確測報的難題，使以往的手工監測預報模式大為改觀，使預報精度、速度、監測內容及范圍大為擴展。水位流量自動化監測預報功能可以實現水位、泥沙等要素的實時監控，對水庫防洪抗旱具有重要意義。此外，水位流量自動化監測預報功能可在數據傳輸、決策支持等各環節實現自動化處理，決策人員就可以掌握灌溉主動權，便于合理調整計劃，從而使水利設施的使用效益發揮到最大化。

3.2 閘門自動化遙控功能

閘門自動化遙控功能以遙測技術、通信技術為基礎，同時結合了計算機技術、自動化技術，該功能可以實現閘門運行數據的實時采集和控制，能夠按照灌區灌溉計劃有序控制閘門開閉，對于較大的農村灌區，還能對各分站的閘門運行狀態實施遠程自動化監控。閘門自動化遙控功能可應用于弧形門、平板門等，采用自動化遙控功能控制閘門，可實現對閘門的即時控制，合理調整閘門開關時長，節省灌溉用水。

3.3 泵站計算機實時監控功能

利用泵站計算機實時監控功能，可以依據抽水量、泵流量等參數，合理分配不同區域的灌溉時間，提高灌溉用水的利用效率。同時，泵站計算機實時監控功能不需要管理人員直接進入灌溉現場，只需在控制室內，就可以實現即時、精準、快速掌握泵站運行情況，使泵站設備管理人員在發現機電設備發生異常情況的第一時間就可以快速處理。同時，根據泵站管理制度適時決定是否停機，以此將情況影響控制在最小范圍之內。

綜上所述，輸配水自動化技術是支撐農村灌區穩定發展農業的關鍵，在應用自動化技術的過程中，要注重有效應用和優化水位流量自動化監測預報功能、閘門自動化遙控功能、泵站計算機實時監控功能等其他功能。一方面保障自動化技術在各項功能中得到有效利用，另一方面保障輸配水效果能夠滿足農村灌區用水需求，以此展現在農村灌區應用自動化技術及相關技術開展輸配水管理工作的價值。

作者簡介：宋成（1983-），男，本科，工程師。研究方向：水利工程建設管理。