“互聯網+”節水灌溉智能化管理系統應用與研究

賀 翔，栗季鑫

（湖南省水利水電勘測設計規劃研究總院有限公司，湖南 長沙 410007）

1 概 述

湖南省是典型的農業大省，但農業基礎設施薄弱，農業綜合生產能力滯后，與之相適應的農業基礎設施比較薄弱，特別是較多灌區受當時歷史條件和經濟條件的限制，工程設計標準普遍偏低，工程質量缺陷較多，配套設施不全，信息化工程建設基本是一片空白。

在幾十年的運行過程中，各大灌區的渠道仍使用手搖式閘門或缺少閘門，且水位監測和流量監測基本一直處于人工觀測水平。人工觀測存在頻率低、實時性差、時常漏測等問題，無法進行較為準確的計量，直接影響水量計算的結果，只能采用“按畝收費”“小時收費”等粗放式收費方法，誤差大，收費困難，導致調度管理水平不高，無法適應現代管理需求。

在信息化技術飛速發展的年代，應用先進的信息化技術和手段，以渠道水位、流量數據為基礎，積極采用新技術、新材料、新工藝開展灌區信息化研究，提高工程計量率和水資源監督管理能力，是解決水資源供需矛盾、提高水資源利用效率和效益、維系良好的生態系統的關鍵，是節水型社會建設的必然要求和重要內容，對實現水資源可持續利用和經濟社會可持續發展具有重要作用。

2 總體框架

通過對灌區不同類型的渠道、不同水文年的農作物灌溉用水進行分析，對全灌區的渠道利用率、渠系利用率、灌溉水利用率進行跟蹤調查、測算，在重要引水口、分水口、用水管理分界斷面、用水計量斷面以及主要的泄水、退水、排水口處建立合理的智能感知設施（設備）和控制設備，穩定可靠地采集灌區范圍內的用水量數據并進行統計分析，實現水量計量、閘門控制全自動化。構建節水灌溉智能化管理系統，建設水費計算以及用水決策支持系統，全面實現水庫灌區水管理的信息化、科學化，為水價改革機制的形成提供技術支撐，為灌區總體水資源調配找到最佳平衡點，最終實現節水以及水資源高效利用的目的。

“互聯網+”節水灌溉智能化管理系統由智能化管理平臺、數據分析軟件以及灌區感知體系組成，見圖1。

圖1 系統組成結構圖

1）灌區感知體系。采用多樣化的監測手段，自動采集與人工采集相結合，直接監測與相關行業來源間接監測整合相結合，實現灌區量測水、視頻、閘門等要素的廣泛動態感知，為自動控制體系、信息服務及智能應用體系提供高效、可靠的數據支持。

2）數據分析軟件。各類監測設備實時數據包接收、處理、入庫，各類異常數據判斷、處理、入庫，各類監測設備數據召測，閘門后臺控制、處理等。

3）智能化管理平臺。采用空間地理信息技術、計算機網絡技術、現代通信技術、數據挖掘處理技術，結合灌區實際需求，以提高對灌區數據采集、信息監控水平為目標，擴大灌區信息化、智能化的應用范圍，構建一個集約、開放、兼容的節水灌溉智能化綜合管理平臺。

3 技術路線

查勘灌區渠系信息、作物灌溉、用水管理方式、水費征繳等現狀，確定在線監測站點方式、通信方式、控制方式等；構建計量模型、率定模型等模型；以灌區管理所為信息中心，利用“互聯網+”、云平臺等信息化技術為支撐，采用綜合信息管理平臺+微應用的模式，構建基于一庫、一圖、一平臺的智慧灌區綜合信息管理平臺，依托在線監測信息和模型，搭建灌區用水管理微應用和微信公眾平臺，實現灌區的用水自動計量、自動控制與管理，為用水管理、水費征繳提供可靠的數據支撐和依據。見圖2。

圖2 智慧灌區技術路線框架圖

4 系統組成

4.1 灌區感知體系

按照實行最嚴格水資源管理制度和農業水價綜合改革以及《國家節水行動方案》的要求，提高灌區工程用水計量率與水資源監管能力，最終實現用水終端精準計量。感知體系原則如下：

1） 按照《灌溉渠道系統量水規范》（GB/T 21303-2017）等要求，遵循經濟適用、簡便易行、滿足取用水管理和計量收費需要的原則，因地制宜選擇標準斷面、渠系建筑物、量水堰、量水槽、流速儀、量水儀表等量水設施計量。

2） 在灌區渠首、干支渠口門、管理分界斷面、灌區骨干工程與末級渠系分界點（一般是斗口）設置供水計量設施，由灌區管理單位負責管理和計量。具體如下：

①取水口計量。一般指灌區骨干水源取水口（渠首）等，要實施用水計量，可采用雷達流速儀量測水方式進行計量監測。

②分水口計量。總干渠向干渠分水、干渠向分干或支渠分水、分干向支渠分水的分水口要實施用水計量，可采用雷達流速儀量測水方式或巴歇爾槽量測水方式進行計量監測。

③配水口計量。支渠向斗渠分水口、干支渠上的直灌口要實施用水計量，可采用巴歇爾槽量測水方式進行計量監測。

④其他。對于有涵閘建筑物的計量點，可利用涵閘量水方式進行計量監測；對于有管道的分水口可采用管道流量計進行計量監測；對于較小的斗渠可采用建設簡易量水設施（如水尺等）和移動計量相結合的方式進行計量監測。

4.2 智能化管理平臺

智能化管理平臺主要由基礎信息、辦公管理、灌區監控、歷史數據、調度與計量、系統維護管理等6 個部分組成。

基礎信息模塊對灌區及其相關信息進行查看和導出，為整個系統的正常運行提供最基本的數據支持，包含灌區概述、用水信息、取水信息、輸水信息、站點信息等功能。

辦公管理模塊是根據灌區管理局日常辦公、外出巡查等工作流程制定各種工作表格的填報、查看、審批和導出功能，實現信息化辦公管理，包含通知文件、簽到定位、辦公日志、巡查記錄、通訊錄等功能。

灌區監控模塊對灌區內各類監測站點實時采集的數據、監測站點實時的運行情況進行查看和導出，對各類站點提供遠程操控以及數據的人工修正，包括實時監控、設備監控、閘閥門控制、人工修正等功能。

歷史數據模塊對各類監測站點所采集的歷史數據、閘閥門歷史操控數據進行統計分析、展示和導出。包括：閘閥門信息、流量信息、用水量信息、運行工況等功能。

調度與計量模塊包括灌區灌溉過程中用水交費賬戶的信息展示與維護，用水計量與計價公式以及參數的展示、設置；水量統計報表與應交水費表的生成、審核與查詢；用水計劃的上報與抄表上報。

系統維護管理是對整個灌區量測水信息管理系統基本信息及參數進行維護管理的模塊，主要包括用戶管理與授權、后臺日志、基本信息維護、站點信息維護、關聯參數配置等功能。

4.3 水資源優化配置模型

為了實現灌區水資源合理配置和高效利用，必須充分了解并深入分析灌區的主要水源，然后根據水量的不同要求，科學安排電站發電用水、農業灌溉配水、生態補水。要發揮灌區配水調度的特點，提高供水效率，減少無效棄水，在節水的同時最大限度提高電站發電效益。水資源優化配置模型的建設，將有助于灌區在電站發電用水、農業灌溉配水、生態補水等方面進行科學、有序地調度，在保障灌區農業灌溉的同時也提高了水資源的利用率。包括灌溉需水分析、來水分析、可供水量分析、水資源配置、水資源調度、取用水統計及用水考核等功能。見圖3。

圖3 水資源配置與調度數據流程圖

5 結 語

通過灌區信息化建設，監控灌區水情和水量信息的能力將使灌溉逐步向科學、合理配置用水的方向轉變。做到分渠、分區按節點計算并控制灌溉水量，達到計劃用水、合理用水，實現擬定的灌溉方案；將以往單一靠人工觀測模式逐步轉變為以“系統監測為主、人工校測為輔”的新型管理模式，為灌區精確調度、快速反應、科學決策提供現代化手段；由粗放型供水到精確穩定的水量供給模式，增加可供水灌溉面積，推動科學的灌溉模式，進而提高灌區農業產量，增加經濟收入。