排灌泵闸站智能管理控制系统及其效益分析

胡献明,郑江波,姜汉清,冯志刚,张良浩

(1.桐乡市水利局,浙江 桐乡 314500; 2.桐乡市崇福镇农业经济服务中心,浙江 桐乡 314511)

我国南方地区河网密布,排灌区内小型农田水利设施自身体积小、分布散、数量多。近年来,国内许多学者、专家开展了灌区信息化、智能化管理模式研究,主要有供水信息自动化采集系统、灌区用水信息管理系统、灌区GSM通信方式等[1-2]。这为解决农村排灌区高效管理提供了现代化手段。但是对大范围内布置分散、数量众多的泵闸站的管理大多还是以人工现场操作为主,这给高效实时管理和决策带来了很大困难。本文在分析排灌区泵闸站管理中存在问题的基础上,探讨泵闸站智能化管理系统的结构体系,并通过实例分析智能系统的应用效益。

1 排灌区泵闸站管理中存在的主要问题

a.泵闸站自动化程度低。小型泵闸站数量极多,分布零散,以人工操作为主,操作人员无法及时准确地判断灌溉、排涝等情况,往往出现农田灌溉不充分或者排涝不及时的情况,浪费了大量的水资源和电资源,不利于农田产出[3]。同时人工现场操作,需要大量人力资源,不仅给镇里的财政带来较大压力,而且这些资源的占用间接影响了全镇的经济发展。

b.泵闸站管理不到位。随着国家对农业生产的重视,农田水利设施逐步新建,但是配套管理措施没有跟上建设速度。管理人员对设施管护意识薄弱,专业技术知识缺乏;面对新建设备、新引进的技术,管理员以往的经验无法满足新的要求[3]。这些都影响着泵闸站的使用寿命和农业效益。

c.管护资金投入不足。许多镇、村干部主观上存在重建设、轻管理的思想,认为只要建好了水利设施,就能服务于农民,不注重水利设施的管理和养护。每年在水利设施管护上的资金投入十分有限,没有条件去雇专业的管理和养护人员。这就必然导致设备使用不规范、不能及时发现设备损坏、长时间不保养等问题,最终降低泵闸站的使用寿命,减弱其本来应该发挥的效用,损害农民的利益。

d.排灌区管理办法混乱。各行政村排灌区内都制定各自的管理制度,上级无法统一调度,造成管理混乱,主要体现在:①没有明确的水费收取人,容易产生漏收、多收现象,给村里财务管理带来困难;②发生事故时,容易混淆责任,难以明确责任人;③上级部门针对不同的管理制度,无法明确共同的考核办法。

2 排灌区泵闸站智能管理控制系统构成

2.1 系统的结构

利用广电宽带网对所有泵房进行远程管理和控制,系统采用B/S架构设计,用户无须安装任何客户端软件,只需打开浏览器即可进行所有操作[1,4-5]。系统支持多级操作权限设置,如片级管理员只能控制本片内的泵房，村级管理员只能管理和控制本村泵房，镇级管理员只能管理本镇内泵房。每个泵房需安装智能嵌入式控制主机,以保证在极端状况下,如村与镇网络中断、镇与广电中心网络中断、中心服务器出现故障,泵房管理员可直接登入智能嵌入式控制主机进行水泵远程控制;如村与泵房网络中断或嵌入式控制主机设备出故障,泵房管理员可以使用原有的手动现场操作模式。系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

2.2 系统的功能

泵闸站智能管理控制系统主要通过引入专业的监控设备和软件,以及网络服务,由一台中央控制器对所有泵闸站进行远程管理和控制,来实现水利灌溉及排涝的智能远程控制管理、视频监控及水位监测[3,5-6]。具体分为3个功能模块:水泵远程控制、视频监控及水位监测。

a.水泵远程控制。分泄洪泵控制、灌溉泵控制及引水泵控制,与视频监控模块进行无缝接合,可远程控制、监测水泵的开关及工作状态。并可按实际需求自行设定水泵的工作流程,如:先开启引水泵多少时间后,灌溉泵开启,同时引水泵停止工作,水泵开启时间和使用时间可由用户自行设定。在灌溉泵的控制中,需与泵房内现有的变频器系统相结合,通过远程控制变频器的频率来控制灌溉泵出水量的大小。

b.视频监控。包含:①泵房内全景及部分仪表监控,摄像头需有远程云台控制功能;②泵房外内河水位监控;③泵房外蓄水池水位及灌溉泵出水口监控;④本地/远程实时视频监控;⑤本地/远程视频录像查阅;⑥支持自定义监控通道组合;⑦支持用户权限管理;⑧预留门禁接口,当用户查阅门禁记录时,可实时调阅1 min开门录像。

c.水位监测。智能监测当前内河的水位信息,可设定警戒水位。当水位超出警戒水位时,系统自动发送手机短信报警,通知各级泵房管理员,同时报警中心进行声光报警。

2.3 系统的特点

a.实时监测。系统能够实现对灌区河水位动态监测,实现对水位数据的自动采集,根据远程操作,实现灌溉自动化。

b.远程自动控制。利用网络技术和远程通信技术,将分布非常分散的泵闸集中控制,实现对各泵站、阀门的实时远程自动控制。

c.智能决策管理。可根据实时采集的水情数据,准确地判断灌溉、排涝等情况,便于统一管理,准确做出决策。

d.高效安全的通信方式。采用灵活多变的无线和有线通信方式。支持电脑监控、手机多画面监控,微软认证插件,免设置,无须担心病毒侵犯,支持市面大部分智能手机。

3 系统应用及其效益分析

选择桐乡市崇福镇利顺村作为该智能化管理系统应用的试验区。该村现有14个村民小组,总人口3 904人,全村面积4.42 km2,其中排灌区涉及耕地面积154 hm2。该项目自2012年建成运行以来,取得了良好的经济、社会和安全效益。

3.1 经济效益

据统计,2012年该村灌溉用电46 098 kW·h,比2011年减少27 795 kW·h;排涝用电80 000 kW·h,与原来的管理模式相比约节省45 545 kW·h。电费按0.428元/(kW·h)计,可直接节约成本31 390元。使用智能化管理系统后排灌区工作人员由原来14名减少至6名,人工成本比2011年减少12 131元。2012年该村直接节约经济成本43 521元,试验区内成本降低282.6元/hm2,若将该项目推广到桐乡全市,每年可节约成本776.93万元。

3.2 社会效益

该系统智能化管理的特性不仅降低了灌区的运行成本,同时对节省社会资源也具有很大的优越性。当前,社会经济的快速发展和人力资源日益紧缺的矛盾已逐渐显现。该智能化管理系统能够缩减用工、提高灌区工作效率,节约人力资源;通过系统的智能控制,可改变灌区传统的粗放型管理模式,减少排水、灌溉时间,节约水资源和电力资源。为社会的可持续发展增添了活力。

3.3 安全效益

经济效益是可以计量的,而人的生命安全是至高无上的。在人人、处处都要讲安全生产的今天,该智能化系统的应用,真正编织了一道没有空洞的安全网络,能够消除管理人员从居住地往返泵闸站的过程中以及管理人员在现场操作过程中的一切隐患,做到农田灌溉、排涝隐患防治横向到边、纵向到底。

4 结 语

排灌区泵闸站智能管理控制系统能够高效实时地控制分布分散的泵闸站,并能准确快捷地做出决策,实现泵闸站的远程控制与决策支持。该系统已在桐乡市崇福镇利顺村得到很好应用,并取得了较好效益。但是由于现有条件和认知水平的限制,建议加强宣传,转变传统观念,提高对泵闸站智能化管理重要性的认识。根据控制系统的特点,遵循“分级管理”的原则,设立专门的网络管理部门,配备专业的技术人员,确立岗位,制定相关责任,保证网络运行正常,泵闸站管理到位。逐渐取消原有混乱管理模式,建立统一的泵闸站运营管理制度。

[1]李笠,孙永飞.实时水情信息传输与共享网络的研究和设计[J].水利水文自动化,2000(3):8-10.

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