信息化技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水配套改造工程中的應(yīng)用探討

（聊城市位山灌區(qū)管理處，山東聊城 252000）

近年來，水資源匱乏的問題嚴(yán)重影響了我國的經(jīng)濟發(fā)展和社會建設(shè)。在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了提高水資源的利用率，20世紀(jì)50年代興建了大量的灌區(qū)工程，解決了當(dāng)時的農(nóng)業(yè)灌溉問題。截至目前，灌區(qū)已經(jīng)運行了幾十年，年久失修、水資源浪費嚴(yán)重、灌溉效益差成為大部分灌區(qū)的現(xiàn)狀，因此，須進行灌區(qū)的節(jié)水配套改造。

信息化技術(shù)的發(fā)展為我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起到了較大的推動作用，借助信息化技術(shù)的優(yōu)勢進行灌區(qū)配套設(shè)施的節(jié)水改造，在聊城市位山灌區(qū)取得了較好的效果，提高了灌區(qū)灌溉的節(jié)水效果。

1 灌溉節(jié)水信息化系統(tǒng)的組成概況

灌溉節(jié)水信息化系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)平臺三部分組成。

1.1 前端系統(tǒng)

前端系統(tǒng)包括水文系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其中視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)需要電源和互聯(lián)網(wǎng)的支持。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測現(xiàn)場的情況，現(xiàn)場視頻處理單元具有存儲功能，可以保存一定大小的前端視頻。供電方面可使用太陽能電源或風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)可通過4G通信技術(shù)實現(xiàn)。

1.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)

傳輸網(wǎng)絡(luò)主要通過有線網(wǎng)絡(luò)或4G無線網(wǎng)絡(luò)，在前端和數(shù)據(jù)平臺間完成信息的傳輸。前端系統(tǒng)中視頻監(jiān)控單元采集的視頻、圖片等數(shù)據(jù)通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以傳遞到數(shù)據(jù)平臺部分并進行保存。系統(tǒng)的管理者可以隨時查閱，出現(xiàn)異常情況可以通過遙控指揮，解除異常情況。現(xiàn)場采集的視頻通過特定的IP接入系統(tǒng)，水利部的視頻專網(wǎng)可借助防火墻與統(tǒng)一視頻專網(wǎng)進行連接，相關(guān)部門可以進行視頻資源的共享。在技術(shù)方面，監(jiān)控平臺應(yīng)滿足《安全防范視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息傳輸、交換、控制技術(shù)要求》(GB/T 28181—2011)、《跨區(qū)域視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)共享技術(shù)規(guī)范》(DB33/T 629—2011)，可實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

1.3 數(shù)據(jù)平臺

數(shù)據(jù)平臺主要承擔(dān)了視頻接收和監(jiān)控設(shè)備管理的任務(wù)。數(shù)據(jù)平臺負(fù)責(zé)接收傳輸網(wǎng)絡(luò)中的前端視頻、圖片等，可以完成系統(tǒng)內(nèi)全部監(jiān)控設(shè)備的管理，數(shù)據(jù)平臺直接服務(wù)于系統(tǒng)管理者。灌區(qū)的信息化改造過程中，灌區(qū)節(jié)水配套改造工程的信息化系統(tǒng)建設(shè)是其中一項關(guān)鍵工作。灌區(qū)節(jié)水配套改造工程信息化系統(tǒng)的建設(shè)，需要融合計算機技術(shù)、集成化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)及人工智能技術(shù)等一系列現(xiàn)代化技術(shù)，系統(tǒng)建設(shè)完畢后應(yīng)表現(xiàn)為一個自動化水平較高的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)先進行用水量信息的采集，再將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進行加工，通過既定的算法確定供水量并執(zhí)行灌溉指令，最終實現(xiàn)節(jié)水的目標(biāo)。

灌區(qū)節(jié)水配套改造工程的信息化系統(tǒng)搭建，需要完成監(jiān)測系統(tǒng)信息組網(wǎng)的配置、灌區(qū)用水信息收集和傳輸、信息采集路徑規(guī)劃、數(shù)據(jù)機房的設(shè)計以及供電系統(tǒng)設(shè)計等相關(guān)工作。

2 信息化技術(shù)在灌區(qū)節(jié)水配套改造工程的應(yīng)用要求

2.1 可靠性

可靠性是系統(tǒng)實現(xiàn)功能的基本要求之一，信息化技術(shù)應(yīng)用于灌區(qū)節(jié)水配套改造工程要求的可靠性主要是針對監(jiān)控系統(tǒng)。在實踐中，監(jiān)控系統(tǒng)是用于水利工程管理的一種重要工具，須保證其可靠性，以確保在發(fā)生突發(fā)事件時，可充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

與工作、生活中常見的監(jiān)控系統(tǒng)相比，灌區(qū)水利工程中的監(jiān)控系統(tǒng)具有明顯的特殊性。灌區(qū)節(jié)水配套改造工程信息化系統(tǒng)的前端系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜，長年置于戶外環(huán)境，可能面臨大風(fēng)、暴雨、高溫、雷電、冰雹等各種極端天氣，但均能夠保證其可靠性，以保證整體系統(tǒng)的正常工作。

在前期設(shè)計階段應(yīng)充分考慮以上情況，做好系統(tǒng)方案的設(shè)計和硬件的選型，在關(guān)鍵位置設(shè)計圍擋保護設(shè)施，多方面措施共同作用保證前端監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。水庫大壩等水利工程一般地域空曠，監(jiān)控系統(tǒng)較易受到雷電的干擾、破壞。因此，室外的視頻傳輸線路應(yīng)使用光纜傳輸，以降低雷電的干擾，保證監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。

2.2 先進性

現(xiàn)階段，技術(shù)、產(chǎn)品實體的更新速度越來越快，在系統(tǒng)的設(shè)計階段，應(yīng)充分平衡技術(shù)先進性、實用性、經(jīng)濟性間的關(guān)系。在實用性和技術(shù)性層面，應(yīng)優(yōu)先選用已經(jīng)實現(xiàn)成熟應(yīng)用的監(jiān)控系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

系統(tǒng)的設(shè)計需要具備一定的超前性，以保證在未來一段時間內(nèi)，系統(tǒng)中應(yīng)用的技術(shù)和硬件設(shè)施不被淘汰。

系統(tǒng)的設(shè)計需要具備一定的經(jīng)濟性，要求設(shè)計的系統(tǒng)和使用的硬件不能過于昂貴，需要綜合考慮整個系統(tǒng)的成本預(yù)算。

2.3 擴展性

整體系統(tǒng)使用了模塊化的設(shè)計理念，基礎(chǔ)功能單元方面按照實際功能需要由多個功能模塊拼成，各個功能模塊均需要符合相同的技術(shù)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。模塊化的設(shè)計方便了后期系統(tǒng)的功能擴展，預(yù)留了升級空間。

2.4 實用性

實用性要求主要針對監(jiān)控點的選擇，應(yīng)保證實際的應(yīng)用效果，需要考慮系統(tǒng)建設(shè)的實際位置和環(huán)境情況。還應(yīng)考慮本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的資源共享，便于水利工程中多系統(tǒng)的長遠(yuǎn)綜合發(fā)展規(guī)劃。

2.5 經(jīng)濟性

系統(tǒng)的建設(shè)和運行維護均需要資金的投入，脫離成本的設(shè)計無法實現(xiàn)。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計中，保證系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性的前提下，應(yīng)充分考慮經(jīng)濟性，采購環(huán)節(jié)咨詢多家供應(yīng)商，選取質(zhì)量合格、價格適中的產(chǎn)品。

2.6 易管理性

系統(tǒng)的人機交互界面設(shè)計上，需要使用純中文界面、圖形化的軟件，以便工作人員進行監(jiān)控系統(tǒng)的管理，還可以嵌入人機對話功能，提高系統(tǒng)的可操作性。

3 系統(tǒng)功能

3.1 多元視頻監(jiān)控功能

多個監(jiān)控點的布置形成監(jiān)控網(wǎng)，實現(xiàn)灌區(qū)的全覆蓋監(jiān)控，不同位置的監(jiān)控采集的視頻組成高清視頻、移動視頻、智能視頻等多元化視頻數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)水利工程災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)警，可以有效提高灌區(qū)節(jié)水配套改造工程的信息化水平。

3.2 可視災(zāi)害預(yù)警功能

可視災(zāi)害預(yù)警功能通過分析前端系統(tǒng)采集的視頻數(shù)據(jù)，將實時視頻數(shù)據(jù)與設(shè)定值進行對比。當(dāng)實時數(shù)據(jù)信息超過系統(tǒng)設(shè)置的警戒線時，系統(tǒng)會執(zhí)行預(yù)警指令，并加強對異常系統(tǒng)的監(jiān)控。

3.3 立體監(jiān)管功能

立體監(jiān)管功能主要用以完成前端系統(tǒng)與中心平臺的兩級垂直監(jiān)管。

3.4 水庫雨水情況信息監(jiān)測功能

監(jiān)測功能需要配備一定容量的存儲單元，主要用來實現(xiàn)對實時雨水情況的監(jiān)測和對歷史存檔的調(diào)閱，通過數(shù)據(jù)的對比，更加直觀地呈現(xiàn)水利工程狀態(tài)的變化。

同時，為了完善灌區(qū)節(jié)水配套工程的信息化改造，在動態(tài)配水、灌區(qū)渠系量水等方面提高自動化、智能化性能，需要借助計算機技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，解析前端系統(tǒng)采集的土壤、作物需水量情況、氣象條件等，再結(jié)合灌區(qū)蓄水規(guī)模、輸配水能力，制定合適的灌溉用水方案。灌溉開始后，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)繼續(xù)分析前端系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)，以便及時調(diào)整灌溉量，提高灌溉的靈活性、科學(xué)性，按需灌溉，優(yōu)化灌溉配置，提高灌溉效率。

4 灌區(qū)節(jié)水配套工程信息化改造后評價

信息化灌區(qū)節(jié)水配套改造工程項目完工后，經(jīng)過一段時間的試驗，統(tǒng)計得到灌溉水利用率為0.507，灌區(qū)的主要水源工程以及灌區(qū)分支水利工程的供水能力均達到灌溉的要求。項目完工后可實現(xiàn)年節(jié)水156.80 萬m3，灌溉水利用率得到有效提高。

改造工程完工后，該灌區(qū)的有效灌溉面積從0.17 萬hm2提升只0.2 萬hm2，恢復(fù)灌溉面積333.3 萬hm2，優(yōu)化灌溉面積0.1 萬hm2。

灌溉條件改善后，按照每公頃恢復(fù)面積增產(chǎn)2 250 kg作物、每公頃改善面積增產(chǎn)1 500 kg作物計算，每年可實現(xiàn)糧食增收225 萬kg，糧食單元取2 元/kg，分?jǐn)傁禂?shù)取0.4，每年可實現(xiàn)180萬元的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

綜上所述，灌區(qū)節(jié)水配套工程的信息化改造需要投入一定的資金，但其建成后可在較長時間內(nèi)實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益，可提升區(qū)域經(jīng)濟、環(huán)境。因此，應(yīng)用信息化技術(shù)進行灌區(qū)節(jié)水配套工程的改造，可以提高灌區(qū)水資源的利用率，優(yōu)化灌區(qū)輸配水配置，提高水資源的可持續(xù)利用效果，促進農(nóng)業(yè)的健康發(fā)展，推動現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)進程，可為工業(yè)水利工程的升級提供參考，推動我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。