農(nóng)村灌區(qū)輸配水自動(dòng)化技術(shù)研究

【摘要】本文主要對(duì)農(nóng)村灌區(qū)輸配水自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的基本組成及灌區(qū)的輸配水自動(dòng)化系統(tǒng)的組成等進(jìn)行研究，希望通過(guò)農(nóng)村灌區(qū)輸配水自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，能提高農(nóng)村地區(qū)，尤其是干旱或半干旱地區(qū)的水資源利用率，解決灌區(qū)內(nèi)水資源短缺的問(wèn)題，改善農(nóng)村灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境，促使農(nóng)業(yè)增收增產(chǎn)，增強(qiáng)我國(guó)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展力。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)村；灌區(qū)；輸配水；自動(dòng)化技術(shù)

1.前言

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的向前發(fā)展，精細(xì)農(nóng)業(yè)和高效農(nóng)業(yè)據(jù)需要以水資源的高效利用率為支撐，尤其是在農(nóng)村灌溉區(qū)。想要在農(nóng)村灌溉區(qū)，特別是干旱或半干旱地區(qū)實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用，就必須推行節(jié)水灌溉技術(shù)。本文針對(duì)我國(guó)農(nóng)村灌區(qū)自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀，對(duì)灌區(qū)輸配水自動(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了詳細(xì)分析，讓農(nóng)業(yè)灌溉走向科學(xué)化和合理化的道路。

2.農(nóng)村灌區(qū)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1計(jì)算機(jī)技術(shù) 目前，國(guó)外基于Windows平臺(tái)推出SCADA組態(tài)軟件，經(jīng)諸多的軟件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)與灌區(qū)調(diào)度相關(guān)的數(shù)據(jù)的采集、顯示、處理和記錄等功能，軟件在圖形化的人機(jī)界面上較好。對(duì)SCADA的開(kāi)發(fā)研制，需制定相關(guān)的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，從而推動(dòng)農(nóng)村灌區(qū)自動(dòng)化信息化系統(tǒng)的向前發(fā)展。

2.2通訊技術(shù) 通訊設(shè)備及技術(shù)等的選擇，已經(jīng)成為灌區(qū)SCADA系統(tǒng)建設(shè)的主要部分，現(xiàn)階段適用于SCADA系統(tǒng)各通訊方式有：⑴串行互連總線：RS-232、USB、RS-485等總線方式；⑵測(cè)控總線的標(biāo)準(zhǔn)：有PHOE-BUS、HART、CAN等測(cè)控總線標(biāo)準(zhǔn)；⑶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：基于 TCP/IP協(xié)議簇的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互連技術(shù)，具備路由器、網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)等功能；在開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)和信息的技術(shù)；用存儲(chǔ)器得來(lái)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的交換技術(shù)；⑷無(wú)線通訊：擴(kuò)頻、微波、衛(wèi)星、雙向無(wú)線尋呼、超短波等相關(guān)通訊；⑸有線通訊：綜合寬帶的數(shù)據(jù)網(wǎng)、公共的數(shù)據(jù)網(wǎng)和光纖的入戶工程等；⑹載波通訊技術(shù)：電力載波技術(shù)能解決掉有線通訊的光纜無(wú)法覆蓋而導(dǎo)致的通訊問(wèn)題；⑺光纖通訊：具備高帶寬，期抗干擾性較好，可據(jù)相關(guān)情況采取光纖通訊技術(shù)。

2.3控制技術(shù) SCADA系統(tǒng)中slave屬于控制設(shè)備的部分，也可叫做下位機(jī)。下位控制單元有：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控的智能裝置、遠(yuǎn)方測(cè)控的終端、智能控制器和智能儀表，以及PLC系統(tǒng)等?？刂圃O(shè)備在SCADA系統(tǒng)里有許多臺(tái)，會(huì)影響到SCADA系統(tǒng)的價(jià)格和可靠性。故想要實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)的下位機(jī)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化，有利于建成低價(jià)位和高質(zhì)量的 SCADA 系統(tǒng)。以核心控制部件進(jìn)行控制設(shè)備分類，有PLC+PC模式、單片機(jī)模式+PC、RTU模式+PC、混合模式（經(jīng)單片機(jī)RTU和PLC，構(gòu)建成混合SCADA下位機(jī)）、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控的智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.4傳感技術(shù) 在農(nóng)村灌區(qū)SCADA系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，存在許多傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它們一起實(shí)現(xiàn) SCADA系統(tǒng)中的采集工作。在灌區(qū)SCADA系統(tǒng)中的傳感器有非智能型和智能型兩種。非智能型的功能為將電量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)和將非電量理化數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化的電量信號(hào)。智能型的傳感器具備非智能型傳感器中的主要功能，并增加了數(shù)據(jù)顯示、PID調(diào)節(jié)和上（下）限報(bào)警設(shè)置等功能。目前新型的智能傳感器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線的功能，可與SCADA系統(tǒng)的下位控制單元和上位機(jī)直接通訊，形成SCADA系統(tǒng)。構(gòu)成農(nóng)村灌區(qū)SCADA系統(tǒng)的傳感器有：水位、流速、壓力、濁度、流量、雨量、水面的蒸發(fā)量、閘門開(kāi)度和電氣量、水位開(kāi)關(guān)等[1]。

3.農(nóng)村灌區(qū)輸配水系統(tǒng)的基本組成

3.1灌溉區(qū)取水 由于農(nóng)村地區(qū)的灌溉區(qū)受地形的影響，其水源地不同，灌溉取水的方式也就不同。若是地面徑流的灌溉方式，可建設(shè)塘壩來(lái)取水；若是河川徑流的灌溉方式，則需通過(guò)以下幾種方式來(lái)取水：⑴無(wú)壩取水：低灌區(qū)與高水位河川，可在河道上游的水位較高地建取水口。利用長(zhǎng)引水渠，得到自流灌溉的水源；⑵有壩取水：河川水位低，無(wú)壩引水修建中，引渠較長(zhǎng)，工程艱巨，因此，可在河道中選取最佳地修建有壩取水的工程；⑶抽水取水：灌區(qū)較高，并且無(wú)法修建無(wú)壩取水和有壩取水工程，可在河道附近修建抽水站取水；⑷水庫(kù)取水：灌溉水量的需求量較大，則可修建蓄水水庫(kù)，抽取水庫(kù)水實(shí)施灌溉。在大型灌區(qū)，特別是半干旱或者干旱區(qū)，需實(shí)行綜合引取水的方式，構(gòu)建三水并用的綜合灌溉系統(tǒng)。

3.2渠道的輸配水 按照灌區(qū)控制面積的大小及地形條件，可將渠道的系統(tǒng)分為4級(jí)固定的渠道：農(nóng)、斗、支、干?？刂泼娣e大和地形復(fù)雜的灌區(qū)，可增加分干、總干和分支三種等級(jí)的渠道；控制面積小和地形簡(jiǎn)單的灌區(qū)，可將斗渠或者支渠的渠道省掉；低于農(nóng)渠的臨時(shí)性的田間工程，可設(shè)置灌水溝、毛渠和畦等渠道。干渠的作用為輸水，斗渠和支渠則為配水。大部分灌區(qū)會(huì)要求排水和灌水同時(shí)擁有：多雨季需排水，干旱季需灌溉，在灌溉時(shí)，也需將多余水排泄，從而避免由地下水太多引發(fā)地下水位的上升[2]。

4.農(nóng)村灌區(qū)的輸配水自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

4.1水位流量的自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

該系統(tǒng)可對(duì)渠系及水源地等的水情進(jìn)行監(jiān)測(cè)、處理和傳輸，可克服農(nóng)村灌區(qū)的水情測(cè)報(bào)不準(zhǔn)的困難，改變傳統(tǒng)的人工測(cè)報(bào)，提高預(yù)報(bào)的精度和測(cè)報(bào)的速度，擴(kuò)大了測(cè)報(bào)范圍。它還能對(duì)水流量、泥沙和水位等實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，此系統(tǒng)有利于決策人員優(yōu)化和調(diào)度方案，較大地提高農(nóng)村水資源灌溉的效率和利用率。

4.2閘門的自動(dòng)遙控系統(tǒng)

該系統(tǒng)基于遙控、遙測(cè)和數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與控制，實(shí)現(xiàn)控監(jiān)測(cè)目標(biāo)系統(tǒng)的目的，確保子站閘門的良好運(yùn)行。閘門可控的范圍有弧型門、快速門及平板門。通過(guò)此系統(tǒng)，可在第一時(shí)間對(duì)閘門實(shí)行實(shí)時(shí)控制，降低閘門的運(yùn)行和開(kāi)閉時(shí)間，從而達(dá)到節(jié)約灌區(qū)水資源的目的。

4.3泵站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)具備存儲(chǔ)泵站的運(yùn)行數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、控制開(kāi)停機(jī)等功能，從而提高灌區(qū)工程和機(jī)電設(shè)備等的運(yùn)行的安全性。可據(jù)監(jiān)控的泵站參數(shù)，避免或者降低事故發(fā)生率；還具備設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和事故報(bào)警的功能。對(duì)泵站實(shí)施監(jiān)控后，可據(jù)抽水量和泵流量的參數(shù)，合理分配灌溉的時(shí)間，提高水資源使用率等。

4.4通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)管理中心及各測(cè)控點(diǎn)中信息傳遞的功能，涉及語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)通信等諸多方面，增強(qiáng)農(nóng)村灌區(qū)輸配水的管理多樣化。

4.5調(diào)度中心

在農(nóng)村灌區(qū)輸配水的調(diào)度管理中，增加GIS、DSS、可視化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，構(gòu)建整體性的文圖庫(kù)可視化的決策支持系統(tǒng)。建立一套辦公自動(dòng)化、監(jiān)控自動(dòng)化、傳輸信息網(wǎng)絡(luò)化和管理科學(xué)化的新體制，為灌區(qū)的決策和管理給予技術(shù)支持，進(jìn)而提高管理能力。

5.結(jié)束語(yǔ)

在農(nóng)村灌區(qū)引入輸配水自動(dòng)化技術(shù)，主要是引進(jìn)水位流量的自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、閘門的自動(dòng)遙控系統(tǒng)、泵站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)有效地控制水量，大大提升水資源的利用率，解決灌區(qū)內(nèi)水資源短缺的問(wèn)題，改善農(nóng)村灌區(qū)的生態(tài)環(huán)境，促使農(nóng)業(yè)增收增產(chǎn)，增強(qiáng)我國(guó)的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展力。

參考文獻(xiàn)

[1]付偉.農(nóng)村灌區(qū)輸配水自動(dòng)化技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)考古，2011（3）：174-176.

[2]林紅專等.節(jié)水灌溉自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及前景分析[J].內(nèi)蒙古水利，2011（5）：43-46.