灌区交接断面测流信息化技术应用

程永东 ，黎伟萍 ，周叶青

（1.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510610；2.广东省电白县共青河工程管理处，广东 电白 525424）

0 引言

广东省 666 hm2以上灌区 282 宗，6666 hm2以上的灌区 28 宗，33333 hm2以上的灌区 2 宗，并有数以万计的小型灌区。灌溉渠道大多建成于 20 世纪 50～70 年代，修建时的灌区经济及供水需求与现阶段的实际应用大不相同，在灌区交接断面上，制定顺应现行供水需求的管理技术已经到了迫在眉睫的阶段。

灌区渠道作为由灌溉工程往需水用户供水的载体，量多面广，承担着水权分配、用水安全、计量统计的任务，是当前节水灌溉更新改造的重中之重。灌区交接断面是渠道的喉舌，是理顺用水权纠纷，检验节水措施效果的管理重点，若采取适宜的信息化技术可提高水资源的利用效率。通过制度建设，采取综合对策措施，实现高效和合理用水，可保障农村生态环境，实现人与自然和人与水的和谐，以水资源的可持续利用支持和保障经济社会的可持续发展，是非常必要的。

为适应即将开始的“十二五”规划及近期国家节水灌溉发展的新形势和节约型社会建设的要求，采取有效的信息化管理技术，提高水资源的整体利用率，促进农业的可持续发展，有必要在干—支渠、不同管理单位交接点等灌区交接断面设置及完善必要的过流测量设施，并结合不同的供水要求，建立适合中小型灌区管理的信息化系统。

1 灌区交接断面测流信息化技术实施方案

1.1 方案内容

初期信息技术主要应用于大型灌区水管理和办公自动化，中小型灌区交接断面测流信息化技术基本处于起步阶段，管理者关注的是测流、控制、传输、软件等 4 个方面的投资和可靠性。由于灌区地域广，渠系复杂，测点众多，分布稀散，通讯不便，使得大多数灌区目前仍采用人工测量的方法。这种方法费工费时，测量精度低。近几年来，采用电话、光缆、超短波、无线扩频、卫星通讯等手段进行明渠交接断面的自动化测流有所发展，但所采用的测流方法设备投资昂贵，无法在中、小灌区中大面积推广。

中小型灌区人工测量和调度方法已经很难满足灌区现代化的管理，因此自动化量测和调度必将成为灌区用水管理和决策的主流趋势。在灌区交接断面测流中水位和流速测量是 2 个基本要素，是灌区交接断面测流信息化的基础数据之一。其中水位测量由于施测简单直观，且便于自动观测，因而在灌区水量计量乃至在整个灌区信息化建设中都占有十分重要的地位。水位测量主要通过水位传感器来实现，目前常用的水位计有浮子式、压力和超声波等水位计。明渠流量测量近年也有采用电磁流量计的。对测量的物理量基本都采用对交接断面的建筑物量水，配合自动水位采集装置计算流量和用水量。工作方式为：在线监测，即固定测点，实时传输上报；或者自报监测，即固定测点，按照定时或规定变幅自动上报，自记监测。

GPRS 通信平台技术的普及，为中小型灌区实现灌区交接断面测流信息化技术提供了数据传输保障。使得测流方案可以集成计算机、自动控制、网络、通信和水资源优化调度等技术于一体，进行灌区交接断面测流信息化，实现自动化、精准化、集成化、规范化，不仅提高了灌溉保证率，也容易为灌区管理者所接受。

灌区交接断面测流信息化方案包括测量点、GPRS 通信平台、监测中心 3 部分。测量点测出当前的流量数据，通过通信平台把当前数据传输到监测中心；监测中心将数据保存到数据库，并显示目前数据状态，同时可提供查询历史情况。方案示意图如图 1 所示。

图1 灌区交接断面测流信息化技术实施方案示意图

1.2 测量点

测量点由流量槽、明渠电磁流量计、超声波水位计、测控终端等组成。在交接断面明渠上设置固定的流量槽，在侧壁安装电磁流量计、超声波水位计。通过测控终端的变送器及传感器将现场数据采样、A/D 转换、逻辑判断、数据编码、 数据处理和协议打包、存储，并向通信单元传输，接受通信单元发来的信息和控制操作，处理并执行控制中心对采集参数的设置操作。现场采用交流电供电系统。

1.3 GPRS 通信平台

GPRS 通信平台是利用移动平台进行数据传输的，目前这个技术非常成熟，价格低，不受区域环境的限制，只要有手机信号的地方都可使用，而且安装简单方便，无须担心线路的维护。建设新的测量点无需进行拉线、埋线等工作。工程所在地移动公司对 GPRS 资费包月比较便宜。在 GPRS 网中，用户只需与网络建立 1 次连接，就可长时间地保持这种连接，并只在传输数据时才占用信道并被计费，保持时不占用信道不计费。既不用频繁建立连接，也不必支付传输间隙时的费用。通信链路稳定可靠，永不掉线。网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。能提供快速即时的连接，接入时间短，分组交换接入时间缩短至 1 s 以内，支持 IP 协议。

1.4 监测中心

在调度控制中心安装 1 台远程 GPRS 监控中心服务器，利用现有的办公局域网、Internet 环境形成 1 套综合的数据处理业务平台。数据中心软件可以接收来自交接断面测量点传上来的数据并进行处理。软件具备数据接收、显示、存储、查询等多项功能，并可按用户要求接入外部接口。

监测中心的数据接收服务器通过静态 IP（固定 IP 地址）接入 Internet 网，采用点对点的组网方式，接收测量点发来的数据。监测中心可以时实查看、查询、掌握测量点不同时间的水位和流量情况，便于通过交接断面的数据决策灌区的输水、配水和泄洪。

2 实施方案实例

2.1 示范点

灌区交接断面测流信息化技术实施方案成功应用于广东省电白县共青河工程管理处，所管工程广东省共青河灌区是一宗多源引水工程，以引沙浪江水为主，引龙记河水为次，兼有罗坑、高州水库水源补充的中型灌区。承担电白县西北部的 8 个镇 11755 hm2农田的农业灌溉用水，及电白县县城水东镇和沿河 60 多万人口的生活用水供应任务。

示范点选在林头镇龙记河进水渠渠首樟木山交接断面。断面型式为矩型，侧壁为钢筋混凝土，断面规整，属于标准的测流槽。电磁流量计、水位计安装布设于侧壁，计数器及仪表安装于跨明渠交通桥底。监测系统布置于共青河工程管理处电脑室，并处于常开状态。

2.2 监测系统界面

测量点的数据可以在设定时间段连续将水位、流速、流量显示于设置在管理处的监测系统显示屏上，使得管理人员可以根据显示的数据，决定全灌区输水、配水、泄洪等决策。监测系统界面如图 2 所示。

图2 示范点监测系统界面图

3 结语

由于受资金限制，中小型灌区交接断面测流信息化技术应用仅选择 1 个示范点，但是仍不失起到抛砖引玉的作用，方案的运行费用较低，测量点只需交纳 15 元/月的短信包月费，监测系统共用管理处的互联网网络。

灌区交接断面测流信息化技术的应用对完善灌区的供水功能，服务新农村建设，为构建和谐社会提供科技支撑，具有深刻的社会意义。对进一步完善用水安全和农村生态环境综合治理技术具有指导意义，为最终实现节水灌溉新模式提供技术支持，产生的社会和经济效益是无法估量的。成果可推广至全国，具有良好的应用前景，适宜在全国已建灌区交接断面及渠道的管理运用中推广。

[1]美国内务部垦务局. 现代灌区自动化管理技术实用手册[M]. 高占义，谢崇宝，程先军，译. 北京：中国水利水电出版社，2004: 84-107, 208.

[2]袁光耀，王卫民，王立正，等. 农田灌溉排水研究与实践[M]. 郑州：黄河水利出版社，2005: 232-242.

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