貴州省大型灌區(qū)智能節(jié)水灌溉信息化建設(shè)技術(shù)模式研究
發(fā)布時間:2019-08-13 來源: 感恩親情 點擊:
[摘 要] 本文從貴州省大型灌區(qū)的基礎(chǔ)情況入手,分析灌區(qū)信息化發(fā)展現(xiàn)狀與建設(shè)內(nèi)容,確定貴州大型灌區(qū)信息化建設(shè)的主要內(nèi)容是實現(xiàn)重要水情站點數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸、接收、處理和存儲以及實現(xiàn)總閘、干渠級別重要分水口的自動啟閉及量測水。通過主要硬件設(shè)備的設(shè)計與選型,包括灌區(qū)信息化總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)信息流程、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閘門測控系統(tǒng)以及灌區(qū)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件設(shè)計,實現(xiàn)基于GIS、GPS等的灌區(qū)基礎(chǔ)信息的電子化管理和灌區(qū)可視化,形象直觀地反映歷年工程建設(shè)情況,極大地提高灌區(qū)管理工作效率。
[關(guān)鍵詞] 灌區(qū)智能節(jié)水灌溉;信息化;可視化
[中圖分類號] S275 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909(2018)16-112-5
1 貴州省灌區(qū)概況
貴州省是全國唯一沒有平原支撐的內(nèi)陸山地省份,位于我國西南部,全省土地總面積176 167 km2,占全國總面積的1.8%。分別屬于長江流域和珠江流域,長江流域占115 747 km2,珠江流域占60 420 km2。貴州省的總體地勢西部高,全省山地面積占61.7%,喀斯特出露面積占全省國土面積的73%。特殊的地形地貌、復雜的地質(zhì)條件,致使貴州省水資源開發(fā)利用難度大,工程性缺水問題十分突出。
貴州省目前有金黔灌區(qū)、黎榕灌區(qū)、湄鳳余灌區(qū)、烏中灌區(qū)、安西灌區(qū)、盤江灌區(qū)、銅東灌區(qū)、甕福灌區(qū)、興中灌區(qū)和遵義灌區(qū)10個大型灌區(qū),灌區(qū)地形以山區(qū)、丘陵為主,灌區(qū)所在地國土面積32 564 km2,占全省國土總面積的18.5%,耕地總面積6 857.47 km2,占全省耕地面積的39.2%,其中規(guī)劃灌溉面積2 208 km2,有效灌溉面積1 700.53 km2。
2015年12月30日,國家發(fā)展改革委員會、水利部聯(lián)合印發(fā)《大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造項目建設(shè)管理辦法》(發(fā)改農(nóng)經(jīng)[2015]3139號)文件提出建設(shè)現(xiàn)代灌區(qū)量測水、管理信息化等要求,但由于灌區(qū)多為貧困山區(qū),對信息化建設(shè)工作認識尚淺,管理人員素質(zhì)不高,技術(shù)落后,管護經(jīng)費難以到位,不能有效管理好、掌握好信息設(shè)備與技術(shù)。目前,還未進行過系統(tǒng)的信息化建設(shè),水庫隧洞放水多為雙向轉(zhuǎn)動閘閥控制,采用手搖式啟閉機方式,結(jié)構(gòu)老化,運行極不方便。雖然在灌片管理站和水庫管理所都配備了雨量筒,但還未安裝自動化監(jiān)測與控制設(shè)備,仍然采用人工觀測的方式,存在不同程度的安全問題。
2 信息化建設(shè)功能設(shè)計
灌區(qū)信息化建設(shè)是一個系統(tǒng)工程,包括信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、專業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)、保障措施與環(huán)境建設(shè)及數(shù)據(jù)平臺建設(shè)。通過與灌區(qū)管理局的深入交流與現(xiàn)場實際調(diào)研,綜合考慮水庫灌區(qū)效益、需求、認識到位程度、人員配置及管理情況、技術(shù)成熟度和實施難度等基礎(chǔ)條件開展信息化建設(shè),主要建設(shè)內(nèi)容分為硬件和軟件兩部分,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
信息化建設(shè)實現(xiàn)的主要功能如下,一是灌區(qū)工情信息的采集與監(jiān)測,包括基礎(chǔ)工情信息和部分實時工情信息。將灌區(qū)的圖片和資料通過掃描儀和數(shù)字化儀轉(zhuǎn)化為圖片文件,包括灌區(qū)氣象、水文、土壤、作物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及灌區(qū)概況、渠系分布、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、歷年工程批復建設(shè)情況、工程效益及績效評估等方面基本概況數(shù)據(jù)的輸入、修改、查詢等功能。通過圖形實時模擬顯示計算成果,提高系統(tǒng)管理操作的直觀性和可視性。二是重要分水口的自動啟閉及量測水的遠程控制。通過在灌區(qū)水庫水源出水口閘門進行自動化改造,實現(xiàn)總閘的自動啟閉、自動放水、自動量水,以及干渠重要分水口閘門的自動啟閉及量測水。三是通過對泵站出水管道的流量監(jiān)測、壓力監(jiān)測和高位水池水位的自動監(jiān)測來實現(xiàn)對泵的自動化控制。管理人員在信息中心可實時查看高位水池水位數(shù)據(jù)、出水管道壓力和流量數(shù)據(jù),以此控制泵的啟閉。通過實時掌握水池水位、管道流量、壓力、泵站開關(guān)狀態(tài)、電壓和電流等各種監(jiān)測指標,為水庫灌區(qū)取用水安全提供保障。四是節(jié)水灌溉智能化控制。系統(tǒng)設(shè)置主要作物適宜的土壤水分調(diào)控閾值,得出了各作物的三種節(jié)水灌溉模式,當土壤水分臨近或低于土壤水分下限值時,實施灌水,達到土壤水分上限值要求時停止灌水,以適應不同水文年的作物高效用水要求。五是通過灌區(qū)信息化建設(shè)加強對灌區(qū)基層人才的培訓,提高灌區(qū)信息化應用水平,體現(xiàn)灌區(qū)信息化建設(shè)的優(yōu)勢[1-4]。
3 主要硬件設(shè)備設(shè)計與選型
3.1 水庫水位監(jiān)測設(shè)備
灌區(qū)中的水庫大多具有供水、灌溉等功能,而且具備調(diào)蓄、防洪功能。因此,監(jiān)測灌區(qū)水庫水位一直是水文、水利部門的重點。實時動態(tài)監(jiān)測水庫水位,對保證灌區(qū)正常用水乃至灌區(qū)的安全有著重要的意義。雖然部分灌區(qū)水庫都配備了水位尺,但仍然采用人工觀測,還未安裝自動化監(jiān)測與控制設(shè)備,本次灌區(qū)信息化建設(shè)擬實現(xiàn)水庫水位監(jiān)測的自動化,滿足水庫雨水情監(jiān)測自動化需求。
雷達式水位計是一種高精度、非接觸式的水位測量儀。通過往水面發(fā)射高頻雷達波,接收水面反射比,測量到水面的距離,測量中不與水面接觸,不受渾水、污泥、水生植物等因素的影響,并且安裝工作量比較小,只需安裝一個懸臂。該設(shè)備最主要的優(yōu)點是抗干擾能力強,不受溫度、風、蒸汽等影響,安裝、使用、維護方便。以RTU為核心單元,使用雷達式水位計,利用GPRS公網(wǎng)傳送數(shù)據(jù),采用市電進行供電。
3.2 流量監(jiān)測設(shè)備
本灌區(qū)主要涉及閘門計量,根據(jù)上述渠道流量監(jiān)測方法對比,結(jié)合本灌區(qū)水源泥沙量大的現(xiàn)實情況,采用超聲波多普勒進行測量。
3.2.1 傳感器安裝。灌溉渠道大多數(shù)都是明渠,形狀為矩形、梯形,少部分是U字型的。灌溉的暗渠會有少部分是圓形的。對上游和下游渠道的要求如下:在傳感器上游,要有渠道寬度10倍的直渠道,如果上游是閘門、水泵,傳感器和閘門、水泵之間要有渠道寬度30倍的直渠道;傳感器的下游,要有渠道寬度5倍的直渠道。
3.2.2 活動支架安裝。如果有沉積物,如淤泥,要把傳感器安裝在沉積物的旁邊或者上面,這時就需要用到安裝支架。因為每個現(xiàn)場安裝支架的高度和寬度都不相同,一般都是在現(xiàn)場附近制作。
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