临猗县回龙灌区信息化建设初探

2016-04-08王靖琪

山西水利 2016年11期

关键词：回龙灌溉管理系统

王靖琪

（临猗县回龙扬水工程管理处，山西临猗 044103）

临猗县回龙灌区信息化建设初探

王靖琪

（临猗县回龙扬水工程管理处，山西临猗 044103）

回龙灌区是规模为六级六站的中小型灌区，目前已正常运行40余年。但随着当地社会经济的发展和农民需水量的增加，水资源配置不均，水利用系数低的问题严重制约着灌区的发展。通过智能化、精准化、自动化灌溉系统，交互式电子沙盘，综合应用系统和灌区生产调度信息化系统等信息化建设，实现了灌区管理的信息化和数字化，促进了灌区的可持续发展。

信息化建设；水资源配置；水利用系数；回龙灌区

1 概况

回龙灌区位于山西省临猗县，1973年动工兴建，1977年开始运行，设计灌溉面积0.42万hm2，主要涉及临猗县孙吉、北辛和耽子3个乡（镇）的34个行政村，0.77万hm2耕地。其中，有效灌溉面积0.42万hm2，占耕地面积的55%。灌区现规模为六级六站（含水源浮船站），一至四级泵站总地形扬程223m，安装机组21台，总装机容量8580kW，提水流量2.2m3/s，渠系总长478.6km。灌区内有干渠（四级干渠）1条，长7.52km，支渠及分支渠85条，总长228.82km，斗渠503条，总长242.23km。

2 项目建设必要性

受资金、技术和管理水平等限制，灌区管理落后，信息化和数字化程度低，灌溉调度一直靠经验，水资源得不到优化配置，灌溉水利用系数尚待提高。主要有以下几方面的问题。

2.1 数据采集方式落后，效率低

受技术水平限制，多年来，灌区调度决策所需信息主要通过广播、电话和人工检测获得，生产运行参数基本采用人工记录、核算。各种前期用水信息、实时灌溉用水参数仍需要人工统计或现场手工测量，导致各种数据资料信息量少、实时性准确性差、反馈速度慢，调度人员很难及时掌握灌区的整体运行情况并及时调整调度运行方案，灌溉供水存在一定的盲目性和风险性。

2.2 缺少灌溉管理综合数据库

回龙灌区各种设计图纸资料、基础工程数据、灌溉生产供用水情况记录、工程及设备档案、重大事件纪要、各种技术资料等大多以文本形式存档。数据资料少且不能做到公开透明，给合理调配灌区水资源、处置灌区紧急突发事件、制定灌区阶段性发展规划及续建配套改造计划等带来很大不便，也不利于水务公开等相关工作的开展。

2.3 信息传输准确性差

回龙灌区各种运行、统计资料的传输，灌溉调度指令的发布，仍通过电话沟通，由于运行调度中间环节较多，数据的准确性、实时性大打折扣，出错几率高，严重影响灌区的正常安全运行。

2.4 缺乏对供水生产各环节的有效制约手段

目前，供水生产系统各泵站、变电站、闸站的设施设备普遍老化，各种调度指令的执行需由人工完成，缺乏有效的技术控制措施。受经济利益的驱动，部分工作人员对调度指令很难做到令行禁止，造成渠系水利用系数低、供水生产成本加大，给灌区经济效益带来严重损害。

2.5 缺乏科学合理的管理决策支持系统

目前，回龙灌区灌溉调度方案的制定和突发事件的处理很大程度上取决于管理人员、调度人员的经验和技术水平，受信息量的局限性、实时性差和不确定性的影响，运行调度方案很难做到科学、合理，灌溉供水生产的经济性及安全性受到很大影响，各类事故时有发生，导致灌区经济效益逐年下滑。

3 信息化建设方案设计

3.1 智能化灌溉系统

智能化灌溉系统的总体目标是：依据田间测雨、测墒、测肥监测资料，兼顾群众用水需求统计，通过专家智能分析，应用相关数学模型，对灌区作物需水进行预报。然后依据灌区水源、渠系配水能力等，确定配水和调度方案，最终实现灌区农业灌溉的智能化、精准化、自动化动态管理。主要包括灌区作物需水预报和灌区输配水调度两大功能。

3.1.1 智能实时需水灌溉预报

智能实时需水灌溉预报以当时的田间水分状况、作物生长状况、作物蒸发蒸腾量、水动态（地表、地下）以及短期天气预报、作物生长趋势等最新预测信息为基础，通过田间土壤水分平衡方程逐日递推土壤水分状况；当土壤含水率低于某一下限或引起作物产生水分胁迫时，根据预先制定的丰产或节水灌溉模式进行灌区内短期、甚至是逐日的作物灌水量智能分析和预测预报。

3.1.2 自动化输配水调度

灌区动态配水调度用水计划的编制和执行，主要体现在渠系操作计划方面，即确定各级渠道的开闸日期、时间，灌水延续时间（或关闸日期和时间）、放水流量等。

轮灌组确定：根据回龙灌区面积、土壤、作物种植、渠系过水能力等因素，干渠采用续灌方式，支、斗渠采用划分轮灌组的形式进行灌溉，以满足各类灌溉用水户的需求。

灌水延续时间：应兼顾当地经济社会条件、群众灌溉习惯、灌溉水价及渠道养护和运行状态等因素，灌水延续时间初步确定后，反算各级渠道输水流量，倘若实际流量大于设计流量的1.2倍或小于0.4倍，则须缩短或延长灌水时间。

开闸时间：由轮灌组内各渠道所需灌水时间加以平均，可推得该轮灌组灌水中间日，再结合灌水延续时间对各轮灌组灌水中间日进行平衡调整。

配水流量：按照各级渠道中的流量应满足连续流方程、渠道流量不能过大或过小，确定各级渠道配水流量，并形成动态配水报表。

3.2 交互式电子沙盘系统

具有交互功能的电子沙盘，除了展示基本的地貌、设施、概况外，在沙盘上增设一些“热点”，包括各个流量、土壤墒情、雨量等信息采集点，泵站等各种设施以及各个摄像头监视点所在位置。通过激活，即可在大屏幕上显示热点所在地区的概况、当前信息采样值以及摄像头的视频图像。

3.3 生产调度信息化系统

3.3.1 灌区基础设备信息采集集成

通过对各级站的水泵、泵站配电柜（主站配电柜，提水站配电柜）的信息采集器集成，以及100处流量信息采集器、8处地下水位信息采集器、8处土壤墒情信息采集器、4处雨量信息采集器、75处摄像头的部署，满足信息监控管理系统、视频监控管理系统、三维GIS管理系统、综合业务管理系统、信息预报预警系统对硬件设备信息化的需求。

3.3.2 基础网络建设

基础网络建设包括组网规划设计、综合布线、机房建设、网络设备采购等。结合灌区当前需求，并充分考虑未来发展的可扩展性，对灌区基础网络中路由器、交换机、防火墙、防毒墙、磁盘阵列等设备进行综合布线和机房建设，为灌区数据中心以及各应用系统提供基础网络支持。

3.3.3 数据仓库建设

为了使灌区信息资源共享，形成全灌区统一的水利公用信息平台，提供灌区级的决策分析支持，需建设一个以数据仓库系统为核心的综合数据中心平台，为灌区各专业业务系统及综合业务系统的实现提供数据资源的支持。

3.4 应用系统建设

3.4.1 信息监控管理系统

采集系统：自动遥测遥控分系统用于自动采集实时性要求较高的数据，包括水雨情自动测报、闸门远程监控、泵站数据采集与监控、流量监测、地下水监测、土壤墒情监测和自动气象站等系统。

数据定时上报：正常情况下水源井、引水渠、墒情、雨情、气象、水质、地下水等气象、农情、环境数据采集器实时采集监测数据，定时上报数据，远程监测中心可通过无线数传通道向所有现场测控单元发出改变上报周期命令。当采集器实时采集到的数据发生突变或异常时，立即上报。

监控系统：灌区监控系统主要是实现对电机等灌区设备的监控，实现通讯控制功能、事项报警处理功能、权限管理、计算功能。

3.4.2 视频监控管理系统

视频监控系统，为灌区管理提供了监视手段。在控制中心管理人员可以监视灌区所有泵站和部分主干渠的情况，为保证安全生产提供了保障。根据灌区的实际情况进行具体工程设计和现场测试。

3.4.3 三维GIS管理系统

三维GIS管理系统主要可划分为灌区三维场景可视化显示系统、三维实体信息查询系统、三维分析系统、辅助决策支持系统和GPS指挥调度系统五个子系统。二、三维地理信息系统在“数字水务”工程的指导下，整理分析历史灌区资料，结合当前灌区形势的变化，利用并综合GIS技术、VR技术、数据库技术、多媒体技术，可实现回龙灌区三维场景的全视角浏览，并可以对任意位置进行基于三维的距离、面积量测；对整个灌区的气象等进行实时信息、多日信息以及极值的查询并可视化地表示在三维场景中；同时对关于回龙灌区相关村庄、协会、控制站、干渠、支渠、斗渠、水闸、泵站等相关信息进行实时查询、定位关联、智能控制；系统集成远程视频监视系统，可以在浏览三维系统的同时，对重点区域、目标进行实时远程监控。

3.4.4 灌区综合业务管理系统

综合业务管理系统由基础信息子系统、灌溉管理子系统、办公管理子系统、缴费结算子系统、查询统计子系统、水务信息公开子系统、灌区信息预报预警子系统七部分组成。