黑山縣“節水增糧行動”信息化工程示范建設與應用

周大鵬

黑山縣“節水增糧行動”信息化工程示范建設與應用

周大鵬

（遼寧省水利水電科學研究院 遼寧沈陽 110003）

本文結合東北四省區“節水增糧行動”信息化試點工程建設要求，從機井水量測控、地下水位監測、田間墑情監測、田間氣象觀測、作物長勢監視、灌溉自動控制等系統進行功能設計，采用無線通訊網絡技術手段，運用綜合管理信息系統架構實現中心對測站的管理，為農田水利管理和水資源的監管提供可靠的技術保障。

水量測控 水位監測 墑情監測 信息化建設

1 項目背景

東北四省區水資源分布不均勻，且春旱嚴重，持續時間長，伏秋旱時有發生，為了加快農田水利設施建設，增強區域農業抵御自然災害能力，提高灌溉水的利用效率、充分發揮糧食的生產潛力，保障糧食安全，國家啟動了東北四省“節水增糧行動”，旨在通過中央和地方形成合力，集中連片大規模推廣應用節水灌溉技術，提高糧食的綜合生產能力和水資源利用效率，實現節水增糧增效的目的，選擇遼寧省黑山縣作為節水灌溉信息化建設的試點，實施工程管理的精細化和規范化，提高水資源的監控能力，2012-2015年全縣發展節水灌溉面積21.68萬畝，新建機電井1206眼，改造機電井448眼，節水增糧行動受益人口將達到7.78萬人。

2 建設目標

緊密結合黑山縣節水增糧行動信息化建設試點的特點，充分利用網絡通訊和空間信息技術，重點建設灌溉用水與地下水位自動監測工程，實現工程取水量和水資源承載能力的信息化管理，提高工程運行管理水平，并結合土壤墑情、氣象等信息的自動監測，科學指導灌溉，引領灌溉現代化方向。

3 總體結構20

根據當地的管理水平和建設需求，按照東北四省區節水增糧行動的總體安排，選擇19個鄉鎮的42個片區作為信息化工程的項目區，共建設水量監測站1654處、地下水監測站46處、墑情監測站7處、便攜式自動氣象站1處、長勢監視站5處以及灌溉監控站1處，并確定繞陽河鎮為本次信息化建設的核心示范區，核心示范區主要開展全覆蓋、密度大的信息化監測站點，為信息化建設的全面推廣開展示范性作用。

黑山縣項目區針對本區域內的信息化系統建設，由縣、鄉鎮、村級三層組織體系見圖1，統一按照上級接口要求，數據類型、格式與規定標準相一致。由于系統涉及的機井數量多，較為分散，監測項目數據通過網絡通訊傳輸至縣級管理中心，軟件結構采用B/S結構，通過互聯網形成管理網絡體系。

4 建設項目

結合黑山縣水情、雨情、農作物生長等實際情況，按照工程運行監控、水資源配置、行政事務管理、公眾服務、防汛抗旱等方面的總體要求，黑山縣節水增糧行動信息化建設內容包括信息采集與測控系統、網絡通訊系統、管理中心及管理站建設、數據庫建設與應用軟件系統四個部分。

4.1信息采集與測控系統

信息采集與測控系統包括機井水量測控、地下水位監測、田間墑情監測、田間氣象觀測、作物長勢監視和灌溉自動控制六個子系統。

（1）機井水量測控子系統

機井水量測控系統主要在農業灌溉機井取水口安裝計量設施，實現機井灌溉用水總量的監控，為田間地塊實施精量化灌溉管理提供技術支持。在農業灌溉機井首部出水管道上安裝管道流量計，通過IC卡智能控制器采集每日機井灌溉出水量，控制器采集的數據通過GPRS模塊傳輸至縣級管理中心，設備供電采用蓄電池供電、太陽能板浮充的運行方式。機井水量測控系統結構框圖見圖2。

（2）地下水位監測子系統

地下水是項目區的主要灌溉水源，嚴防地下水超采是水行政主管部門的責任，適當布設地下水位監測點，實時掌握地下水動靜水位變化，提高地下水資源監管的數字化和信息化水平。水位傳感器采用投入式水位計，IC卡智能控制器負責對投入式水位計進行數據采集，經GPRS模塊將數據傳輸至縣級管理中心。

（3）田間墑情監測子系統

對田間不同深度土層進行含水率的測量，布設剖面采用三點法進行測量，將土壤水分傳感器、溫度傳感器埋入相應的剖面的土層中，實時掌握土壤水分和溫度的情況，墑情采集單元負責采集傳感器監測的數據，經GPRS模塊將數據傳輸至縣級管理中心。

（4）田間氣象觀測子系統

氣象RTU終端采集溫度、濕度、太陽輻射、風速、風向、雨量、大氣壓力、蒸發量等氣象要素傳感器的數據，田間自動氣象站各要素設備按照規范要求進行設備的安裝，通過GPRS模塊將數據傳輸至縣級管理中心。自動氣象站工作原理圖見圖3。

（5）作物長勢監視子系統

在田間灌溉機井房附近安裝視頻監控攝像頭，對作物生長期的全階段進行遠程圖像監視，可直觀的看到作物的長勢情況。視頻攝像機采用全方位云臺控制，通過網絡視頻服務器將采集視頻圖像通過網絡運行商基站將圖像信息傳輸至黑山縣管理中心監控機房，可實現攝像機的遠程控制，供電電源直接取至灌溉機井內的供電線路。

（6）灌溉自動控制子系統

在原有灌溉設施的基礎上，選擇有條件的用戶單位開展灌溉自動化和智能化試點，配備電磁閥和智能控制器，實現遠程遙控和自動輪灌等功能，提高灌溉用水效率，提高工程運行管理水平。

控制系統由電磁閥、閥控器、狀態反饋開關、主控制器和用戶操作終端等設備組成。其中，電磁閥安裝于每條支管出水口處，閥控器安裝于電磁閥附近，供電采用直流電源，閥控器與電磁閥通過信號線聯接，將數據匯集于主控制器和用戶操作終端，并通過GPRS模塊實現遠程聯網傳輸至黑山縣管理中心。

圖2 機井水量測控系統結構框圖

圖3 自動氣象站工作原理圖

4.2通信網絡系統

黑山縣節水增糧行動信息化建設各片區測站分布廣泛而零散，需要傳輸水量、水位、土壤含水量、土壤溫度、雨量、氣溫、氣壓、風向、風速、視頻等數據和圖像信息，組網范圍涉及各片區測站、鄉鎮用水管理站以及黑山縣管理中心。

考慮到外部環境、工程規模、投資概算等諸多因素影響，各測站數據傳輸利用網絡運營商已有的通訊網絡，測站數據傳輸采用CDMA/GPRS通訊方式，利用網絡運營商的服務器將數據傳輸至固定IP的縣級管理中心，各鄉鎮可通過公網訪問縣級管理中心，獲取相應的信息。中心租用固定IP的10M專線，鄉鎮用水管理站租用2M的寬帶。

4.3管理中心及管理站的建設

黑山縣節水增糧行動信息化建設包括1個縣級管理中心、19個鄉鎮用水管理站、42個村級用水管理點。

管理中心承擔了系統的整體運行、維護與管理工作，實現遙測數據的集中存儲、匯總處理及與遠程控制等基本功能，對項目區灌溉用水量、地下水位動態變化情況進行適時分析，對可能超過限制水位的機井預警，對超采機井進行禁采管理。

鄉鎮用水管理站負責本管理區域內的監測井的用水量、地下水等信息發布，部分流量、水位等信息人工錄入和相關設備維護工作。

村級用水管理點由村級水管員負責管理，本轄區范圍內地下水工程機井監測、監控信息的管理和用水信息通知至各用水戶，且當現場設備出現故障時上報鄉鎮用水管理站，

4.4數據庫建設與應用軟件

數據庫是信息化工程數據存儲與管理的關鍵，主要包括項目管理數據庫、基礎信息數據庫、工程運行數據庫和地理信息數據庫四個一級數據庫。

應用軟件是黑山縣節水增糧行動綜合管理信息系統的中樞部分，黑山縣綜合管理信息系統主要包括項目信息管理應用平臺、水資源管理應用平臺、灌溉管理應用監控平臺和信息服務與發布平臺四個軟件系統。黑山縣綜合管理信息系統數據流程圖見圖4。

圖4 黑山縣綜合管理信息系統數據流程圖

5 結語

黑山縣作為“節水增糧行動”信息化建設的試點，將為今后水資源優化配置和糧食高效增產提供可靠的技術保障，系統工程的建設將實現工程運行管理的高效性、區域水資源現狀和未來態勢微觀的可視性、需水規律灌溉控制管理的智能性，將對農村水利信息化建設具有積極推廣示范作用。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.020

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1672-2469（2014）03-0056-04

20作者簡介：周大鵬（1981年—），男，工程師。