信息化技术在灌区节水配套改造工程中的应用探讨

（聊城市位山灌区管理处，山东聊城 252000）

近年来，水资源匮乏的问题严重影响了我国的经济发展和社会建设。在我国的农业生产中，为了提高水资源的利用率，20世纪50年代兴建了大量的灌区工程，解决了当时的农业灌溉问题。截至目前，灌区已经运行了几十年，年久失修、水资源浪费严重、灌溉效益差成为大部分灌区的现状，因此，须进行灌区的节水配套改造。

信息化技术的发展为我国工农业生产的发展起到了较大的推动作用，借助信息化技术的优势进行灌区配套设施的节水改造，在聊城市位山灌区取得了较好的效果，提高了灌区灌溉的节水效果。

1 灌溉节水信息化系统的组成概况

灌溉节水信息化系统主要由前端系统、传输网络、数据平台三部分组成。

1.1 前端系统

前端系统包括水文系统、视频监控系统，其中视频监控系统功能的实现需要电源和互联网的支持。视频监控系统主要用于监测现场的情况，现场视频处理单元具有存储功能，可以保存一定大小的前端视频。供电方面可使用太阳能电源或风力发电设施，网络可通过4G通信技术实现。

1.2 传输网络

传输网络主要通过有线网络或4G无线网络，在前端和数据平台间完成信息的传输。前端系统中视频监控单元采集的视频、图片等数据通过传输网络，可以传递到数据平台部分并进行保存。系统的管理者可以随时查阅，出现异常情况可以通过遥控指挥，解除异常情况。现场采集的视频通过特定的IP接入系统，水利部的视频专网可借助防火墙与统一视频专网进行连接，相关部门可以进行视频资源的共享。在技术方面，监控平台应满足《安全防范视频监控联网系统信息传输、交换、控制技术要求》(GB/T 28181—2011)、《跨区域视频监控联网共享技术规范》(DB33/T 629—2011)，可实现联网功能，满足相关技术规定。

1.3 数据平台

数据平台主要承担了视频接收和监控设备管理的任务。数据平台负责接收传输网络中的前端视频、图片等，可以完成系统内全部监控设备的管理，数据平台直接服务于系统管理者。灌区的信息化改造过程中，灌区节水配套改造工程的信息化系统建设是其中一项关键工作。灌区节水配套改造工程信息化系统的建设，需要融合计算机技术、集成化控制技术、网络信息技术及人工智能技术等一系列现代化技术，系统建设完毕后应表现为一个自动化水平较高的监控系统。监测系统先进行用水量信息的采集，再将采集的数据信息传输到数据处理中心进行加工，通过既定的算法确定供水量并执行灌溉指令，最终实现节水的目标。

灌区节水配套改造工程的信息化系统搭建，需要完成监测系统信息组网的配置、灌区用水信息收集和传输、信息采集路径规划、数据机房的设计以及供电系统设计等相关工作。

2 信息化技术在灌区节水配套改造工程的应用要求

2.1 可靠性

可靠性是系统实现功能的基本要求之一，信息化技术应用于灌区节水配套改造工程要求的可靠性主要是针对监控系统。在实践中，监控系统是用于水利工程管理的一种重要工具，须保证其可靠性，以确保在发生突发事件时，可充分发挥其应有的作用。

与工作、生活中常见的监控系统相比，灌区水利工程中的监控系统具有明显的特殊性。灌区节水配套改造工程信息化系统的前端系统工作环境复杂，长年置于户外环境，可能面临大风、暴雨、高温、雷电、冰雹等各种极端天气，但均能够保证其可靠性，以保证整体系统的正常工作。

在前期设计阶段应充分考虑以上情况，做好系统方案的设计和硬件的选型，在关键位置设计围挡保护设施，多方面措施共同作用保证前端监控系统的可靠性。水库大坝等水利工程一般地域空旷，监控系统较易受到雷电的干扰、破坏。因此，室外的视频传输线路应使用光缆传输，以降低雷电的干扰，保证监控系统正常运行。

2.2 先进性

现阶段，技术、产品实体的更新速度越来越快，在系统的设计阶段，应充分平衡技术先进性、实用性、经济性间的关系。在实用性和技术性层面，应优先选用已经实现成熟应用的监控系统，以确保系统运行的稳定性。

系统的设计需要具备一定的超前性，以保证在未来一段时间内，系统中应用的技术和硬件设施不被淘汰。

系统的设计需要具备一定的经济性，要求设计的系统和使用的硬件不能过于昂贵，需要综合考虑整个系统的成本预算。

2.3 扩展性

整体系统使用了模块化的设计理念，基础功能单元方面按照实际功能需要由多个功能模块拼成，各个功能模块均需要符合相同的技术协议和标准。模块化的设计方便了后期系统的功能扩展，预留了升级空间。

2.4 实用性

实用性要求主要针对监控点的选择，应保证实际的应用效果，需要考虑系统建设的实际位置和环境情况。还应考虑本系统与其他系统间的资源共享，便于水利工程中多系统的长远综合发展规划。

2.5 经济性

系统的建设和运行维护均需要资金的投入，脱离成本的设计无法实现。因此，在系统的设计中，保证系统功能和稳定性的前提下，应充分考虑经济性，采购环节咨询多家供应商，选取质量合格、价格适中的产品。

2.6 易管理性

系统的人机交互界面设计上，需要使用纯中文界面、图形化的软件，以便工作人员进行监控系统的管理，还可以嵌入人机对话功能，提高系统的可操作性。

3 系统功能

3.1 多元视频监控功能

多个监控点的布置形成监控网，实现灌区的全覆盖监控，不同位置的监控采集的视频组成高清视频、移动视频、智能视频等多元化视频数据，可以实现水利工程灾害的应急响应预警，可以有效提高灌区节水配套改造工程的信息化水平。

3.2 可视灾害预警功能

可视灾害预警功能通过分析前端系统采集的视频数据，将实时视频数据与设定值进行对比。当实时数据信息超过系统设置的警戒线时，系统会执行预警指令，并加强对异常系统的监控。

3.3 立体监管功能

立体监管功能主要用以完成前端系统与中心平台的两级垂直监管。

3.4 水库雨水情况信息监测功能

监测功能需要配备一定容量的存储单元，主要用来实现对实时雨水情况的监测和对历史存档的调阅，通过数据的对比，更加直观地呈现水利工程状态的变化。

同时，为了完善灌区节水配套工程的信息化改造，在动态配水、灌区渠系量水等方面提高自动化、智能化性能，需要借助计算机技术和互联网技术的应用，解析前端系统采集的土壤、作物需水量情况、气象条件等，再结合灌区蓄水规模、输配水能力，制定合适的灌溉用水方案。灌溉开始后，数据处理系统应继续分析前端系统采集到的数据，以便及时调整灌溉量，提高灌溉的灵活性、科学性，按需灌溉，优化灌溉配置，提高灌溉效率。

4 灌区节水配套工程信息化改造后评价

信息化灌区节水配套改造工程项目完工后，经过一段时间的试验，统计得到灌溉水利用率为0.507，灌区的主要水源工程以及灌区分支水利工程的供水能力均达到灌溉的要求。项目完工后可实现年节水156.80 万m3，灌溉水利用率得到有效提高。

改造工程完工后，该灌区的有效灌溉面积从0.17 万hm2提升只0.2 万hm2，恢复灌溉面积333.3 万hm2，优化灌溉面积0.1 万hm2。

灌溉条件改善后，按照每公顷恢复面积增产2 250 kg作物、每公顷改善面积增产1 500 kg作物计算，每年可实现粮食增收225 万kg，粮食单元取2 元/kg，分摊系数取0.4，每年可实现180万元的经济效益。

5 结语

综上所述，灌区节水配套工程的信息化改造需要投入一定的资金，但其建成后可在较长时间内实现良好的经济效益，可提升区域经济、环境。因此，应用信息化技术进行灌区节水配套工程的改造，可以提高灌区水资源的利用率，优化灌区输配水配置，提高水资源的可持续利用效果，促进农业的健康发展，推动现代化农业进程，可为工业水利工程的升级提供参考，推动我国经济的快速发展。