農(nóng)業(yè)供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)在桃山水庫(kù)的應(yīng)用

高廣峰，王宇航

（黑龍江省桃山水庫(kù)管理處，黑龍江七臺(tái)河 154600）

1 工程概況

桃山水庫(kù)位于黑龍江省七臺(tái)河市內(nèi)，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(yǎng)魚等大型綜合性水利樞紐工程。桃山水庫(kù)興利供水任務(wù)是城市供水和農(nóng)業(yè)供水。水庫(kù)設(shè)計(jì)灌溉面積為8 467 hm2，包括七臺(tái)河灌區(qū)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(zhǎng)興灌區(qū)、中鮮灌區(qū)、大鮮灌區(qū)、倭肯灌區(qū)、公心集灌區(qū)和安興灌區(qū)，從水庫(kù)處至最遠(yuǎn)的安興灌區(qū)渠首的直線距離為72.5 km。

桃山水庫(kù)農(nóng)業(yè)供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)有1個(gè)中心站，6個(gè)觀測(cè)站，12個(gè)測(cè)控項(xiàng)目。

1）中心站：桃山水庫(kù)管理處監(jiān)控中心。

2）測(cè)控項(xiàng)目：6個(gè)水位、6個(gè)流量，總計(jì)12個(gè)測(cè)控項(xiàng)目。各遙測(cè)站將數(shù)據(jù)傳輸至中心站。

2 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

桃山水庫(kù)農(nóng)業(yè)供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通信傳輸系統(tǒng)為保障，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托，決策支持系統(tǒng)為核心，高效可靠，先進(jìn)實(shí)用。系統(tǒng)建成后，可以實(shí)現(xiàn)各類水情、工情的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸、在線分析、綜合調(diào)度;完成各灌區(qū)渠首的水位、流量等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握各段的運(yùn)行狀態(tài)，提供準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù);根據(jù)來(lái)水預(yù)測(cè)和引水量計(jì)算成果以及各部門用水計(jì)劃，通過(guò)水量供需平衡原理，采用先進(jìn)實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，制定多套調(diào)度方案，進(jìn)行專家優(yōu)化，確定優(yōu)化調(diào)度方案，科學(xué)調(diào)度，合理分配水量。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)由遙測(cè)站和中心站兩部分組成。遙測(cè)站是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和上傳的基本單元，主要由流量計(jì)、數(shù)據(jù)采集單元和GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端及電源等部件構(gòu)成。中心站是系統(tǒng)核心，設(shè)置在水庫(kù)管理處（監(jiān)測(cè)中心），是由工作站、GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端、UPS、控制中心局域網(wǎng)、公共服務(wù)器等設(shè)備及相關(guān)軟件組成。遙測(cè)站同中心站之間通過(guò)GPRS短信服務(wù)實(shí)現(xiàn)信息傳送，共同組成一個(gè)性能優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)性好、運(yùn)行靈活、擴(kuò)展方便的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

圖1 供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)構(gòu)成圖

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 遙測(cè)站功能

1）遙測(cè)站工作在微工耗值守狀態(tài)，遙測(cè)站按設(shè)定的采樣周期時(shí)間采集流量、水位、閘位等數(shù)據(jù)。當(dāng)流量、水位等數(shù)據(jù)變化超出設(shè)定區(qū)間或閘門閘位發(fā)生變化時(shí)立即向中心站發(fā)送最新信息。

2）遙測(cè)站按設(shè)定時(shí)間采集電池電壓、交流電源電壓數(shù)據(jù)，向中心站發(fā)送電源狀態(tài)等信息。

3）遙測(cè)站在接到中心站命令后發(fā)送本站存儲(chǔ)信息。

4）系統(tǒng)運(yùn)行人員在現(xiàn)場(chǎng)人工觀測(cè)其他數(shù)據(jù)，用人工置數(shù)的方式將觀測(cè)數(shù)據(jù)、觀測(cè)時(shí)間、數(shù)據(jù)類型等參數(shù)發(fā)回中心站，存入工作站數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）現(xiàn)場(chǎng)能夠設(shè)置本站站號(hào)、采樣時(shí)間、報(bào)平安時(shí)間、傳感器類別等遙測(cè)站參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)能對(duì)傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

6）遙測(cè)站具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，每5 min存儲(chǔ)一次監(jiān)測(cè)值，能存儲(chǔ)1年的監(jiān)測(cè)信息量。

4.2 中心站功能

中心站是農(nóng)業(yè)供水管理系統(tǒng)的監(jiān)控核心，中心站的功能是由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)共同配合實(shí)現(xiàn)。詳見(jiàn)圖2。

圖2 供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)中心站功能圖

4.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)視

實(shí)時(shí)信息采集：完成相關(guān)水情、雨情、工情等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集，重點(diǎn)是對(duì)閘泵安全運(yùn)行狀態(tài)、隧洞安全監(jiān)測(cè)、干渠各支渠口流量、庫(kù)區(qū)雨量等信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理。

實(shí)時(shí)信息傳輸：將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器將數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)格式存入數(shù)據(jù)庫(kù)，保證各種信息規(guī)范化儲(chǔ)存。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器里的數(shù)據(jù)是信息共享、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和查詢、科學(xué)計(jì)算等的基礎(chǔ)。

實(shí)時(shí)報(bào)警：將實(shí)時(shí)信息對(duì)照?qǐng)?bào)警閾值，如果越限則進(jìn)行報(bào)警;儀器設(shè)備或工情出現(xiàn)異常，則進(jìn)行故障報(bào)警;報(bào)警方式包括文字、圖象、聲音等，同時(shí)將報(bào)警信息寫入報(bào)警日志。

4.2.2 數(shù)據(jù)管理

由系統(tǒng)管理員對(duì)不同操作員授權(quán)，進(jìn)行灌區(qū)及灌溉管理機(jī)構(gòu)、灌區(qū)建筑物類型、灌溉名稱的定義和錄入，完成對(duì)灌區(qū)的描述。

4.2.3 供水管理

完成灌區(qū)所處行政區(qū)劃，以縣、鄉(xiāng)定義，對(duì)不同用水戶的行政屬性定義，并將用水戶和末級(jí)渠道聯(lián)系起來(lái)，是水費(fèi)管理的基礎(chǔ)。從水源開(kāi)始，自上而下，完成渠系建筑物的續(xù)接關(guān)系，是配水計(jì)劃制定的基礎(chǔ)。制定各用水單位的用水計(jì)劃、審批。包括用水申請(qǐng)、自動(dòng)配水、配水計(jì)劃查看、下達(dá)計(jì)劃等，可根據(jù)渠系結(jié)構(gòu)和渠道的過(guò)流能力、泵站的提水能力，在短時(shí)間內(nèi)完成渠系配水過(guò)程，輸出包括渠道名稱、起止時(shí)間、相應(yīng)流量及配水記錄。取水口位置或路線的優(yōu)化用水計(jì)劃。系統(tǒng)可定義不同灌溉季節(jié)、不同水管所和不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)的用水制度和用水單價(jià)，并根據(jù)不同的水價(jià)，自動(dòng)生成應(yīng)付水費(fèi)清單，之后可進(jìn)行單用戶水費(fèi)查詢，也可進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)查詢。

4.2.4 灌區(qū)配水計(jì)算

根據(jù)灌區(qū)農(nóng)作物種類和相應(yīng)種植面積，計(jì)算各單元應(yīng)配水量。大量研究表明，用水者（農(nóng)民）根據(jù)多年的灌水實(shí)踐并參照當(dāng)前的氣象信息，往往比其他人更了解灌溉需要多少水，何時(shí)需要水，因此灌區(qū)需水可采用自下而上由用水戶提出用水申請(qǐng)，包括申請(qǐng)灌溉面積、灌水量、灌溉時(shí)間等，由灌溉處分類匯總，考慮各級(jí)渠道及建筑物的過(guò)流限制，按照一定的受益原則，制定配水計(jì)劃，以最大限度地滿足用水需求。根據(jù)干渠分水口流量或水位進(jìn)行明渠水流計(jì)算，從而預(yù)測(cè)干渠各斷面水位和流量，以便進(jìn)行防洪和灌溉調(diào)度。

5 結(jié)論

桃山水庫(kù)農(nóng)業(yè)供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)的建成和投入使用，可以根據(jù)灌區(qū)需水計(jì)劃表和庫(kù)區(qū)實(shí)際來(lái)水量以及實(shí)際可用水量進(jìn)行水庫(kù)配水調(diào)度、協(xié)調(diào)灌區(qū)用水，盡最大限度滿足農(nóng)作物用水需要;根據(jù)明渠水流計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行各點(diǎn)閘泵調(diào)度，保證渠道安全，并按要求完成輸水;根據(jù)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果，進(jìn)行防洪調(diào)度，及時(shí)開(kāi)閘排洪，保證水庫(kù)安全和干渠安全，并使棄水量最小，水資源達(dá)到最大化利用。

[1]李長(zhǎng)茂，陳海源.天津港供水自動(dòng)化管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)[J].水道港口，2002，23（S0）：199-201.