农村灌区输配水自动化技术分析

摘要：自动化技术是发展现代化农业的重要基础，保障灌区输配水稳定对于农业发展有着关键影响，因而输配水自动化技术对于农村灌区至关重要。本文首先分析了农村灌区输配水系统的基本构成，然后对其内容进行了探讨，最后分析了农村灌区输配水自动化技术系统的部分功能，以供参考。

关键词：农村灌区；输配水；自动化技术

随着我国农业不断发展，精细化、高效化、现代化已成为实现农业强国的主要目标。为保障农村灌区的农业产业稳定发展，需要自动化输配水管理系统向其提供可靠的技术支持和水资源保障。

1.1 灌溉用水的取水系统

根据水源位置差异，取水系统的利用方式也不尽相同。以河川径流灌溉取水为例，主要有以下4种方式。

无坝取水：若河川水位较高，而农村灌区的地理位置较低，可在位于河道上游的适宜位置选址建设取水口。

有坝取水：若农村灌区地理位置高于河川水位，则需要修建水坝引水，利用引渠取水灌溉。

抽水取水：若农村灌区地理位置较高，且无法修坝取水，则要考虑选取合适位置在河道附近建设抽水泵站，便于借助扬水的方式组织实施取水灌溉。

水库取水：如果农村灌溉用水量需求较大，现有的河道供水量难以满足实际需求，则要适时修建水库，利用蓄水、抽水、扬水等方式进行取水灌溉。

1.2 灌溉渠道的输配水系统

依据农村灌区的面积大小和地理条件，可将灌溉渠道的输配水系统划分为4级，即农、斗、支、干。倘若农村灌区面积过大且地形十分复杂，可以按照因地制宜的原则增设分渠。如果灌区面积较小且地理条件较为优越，则可视情况将斗渠或是支渠等灌溉渠道删减一些。另外，对农村灌区渠道以下的临时性田间设施，还会设置有灌水沟、毛渠、畦等多种输配水系统。

输水主要依靠干渠，而配水主要依靠斗渠、支渠。当前多数农村灌区要求输配水系统既要满足及时灌水的需求，也要具备稳定排水的功能，即多雨时节要依靠输配水系统及时完成排水，而干旱时节则要依靠输配水系统有序有效灌溉，并且在灌溉时要将多余的水分快速排出。因此，农村灌区的输配水系统要与农田的排水系统形成紧密关联的整体，才能保障输配水效果符合农村灌区农业生产需求。

2.1 计算机技术

目前，许多国外制造商已经在Windows平台上开发了SCADA的组态软件。该系统采用多种软件平台，可完成与灌区调度相关的数据采集、数据整合、数据记录等工作，并具有较好的图形化、可视化人机交互界面平台。目前，国内针对灌区自动化系统开发的SCADA组态软件，与国外许多同类产品相比，缺乏明显优势。根据SCADA技术的发展和不断规范，制定了相应的技术标准，为我国水利信息化、自动化建设与发展提供了有力的技术保障。

2.2 控制技术

SCADA系统中的slave是一个控制装置，也可以说是一个底层计算机，其下部控制装置主要由智能测控装置、远程测控终端、智能控制器、智能仪表、PLC控制系统等组成。在SCADA系统中，控制装置数量众多，其价格和可靠性都会受到很大的影响。根据控制元件的不同，控制装置分为以下几种。

PLC+PC控制模式：各大生产厂商的PLC型号不尽相同，且都拥有一套系列化系统产品平台，不仅具有自动闭合的网络，同时也提供了十分丰富的接口。

单片机模式+PC：对于灌区SCADA系统来说，单片机是构成底层计算机的主要方式手段。

输入远程测控终端（RTU）+PC：该控制模式具有遥测、遥信、遥调、遥控等多种功能。

混合控制模式：目前大部分SCADA系统都是采用RTU和PLC组成的混合SCADA底层计算机执行控制处理。

智能化现场测量和控制单元：在SCADA系统中，一般都是由slave控制，还有一部分是直接与PC计算机相连，形成基于通信环境的控制系统。

2.3 传感技术

在农村灌区SCADA系统的管理场景中，需要安装大量的传感设备和执行设备，这些设备共同完成SCADA的数据采集，并完成对SCADA的控制反馈。SCADA中采用了两种不同的传感器，即非智能型传感设备及智能型传感设备。非智能型传感设备运行的主要作用是将电能转化为规范化的信号，并将不用电能的量化数据信息转化为规范化的传输指令。智能型传感设备不仅具备非智能型传感设备的基本性能，同时具备显示数据、上下限报警、PID调整、简易数码逻辑管控等多种功能。目前的新型智能化传感设备还具有现场总线的能力，可以与SCADA的下级控制器和PC主机进行通信，形成SCADA系统，组成灌溉系统的SCADA体系。当前，农村灌区构建的SCADA系统可监测的传感参数包括流速流量、表面蒸发量、浊度、电流电压、闸门开度，以及水位开关、限位开关等。

2.4 通信技术

选用通信技术和通信设备是建设农村灌区SCADA系统的重要部分。可用于SCADA系统的通信技术主要有以下几种。

串行互连总线：包括RS-232、USB、RS-485等总线技术。

网络技术：主要通过TCP/ IP协议，利用计算机网络互连技术，通过路由器、中继器、远程访问服务器等通信设备系统，实现动态数据交换。

测控总线标准：例如P r o f i b u s、P H O E B U S、HART、Modbus、Lonworks等。

无线通信：包括扩频通信、卫星通信、短波通信、CDMA等。

有线通信：结合了宽带数据网、局域数据网以及光纤工程，改善了农村灌区SCADA系统通信技术的便捷性。

3.1 水位流量自动化监测预报功能

该功能可以完成对渠系、灌溉用水的水情监测，掌握水位变化的数据并利用计算机服务器将采集的数据及时传输。水位流量自动化监测预报功能将通信、水文监测、计算机等技术相融合，解决了灌区用水资料不能精确测报的难题，使以往的手工监测预报模式大为改观，使预报精度、速度、监测内容及范围大为扩展。水位流量自动化监测预报功能可以实现水位、泥沙等要素的实时监控，对水库防洪抗旱具有重要意义。此外，水位流量自动化监测预报功能可在数据传输、决策支持等各环节实现自动化处理，决策人员就可以掌握灌溉主动权，便于合理调整计划，从而使水利设施的使用效益发挥到最大化。

3.2 闸门自动化遥控功能

闸门自动化遥控功能以遥测技术、通信技术为基础，同时结合了计算机技术、自动化技术，该功能可以实现闸门运行数据的实时采集和控制，能够按照灌区灌溉计划有序控制闸门开闭，对于较大的农村灌区，还能对各分站的闸门运行状态实施远程自动化监控。闸门自动化遥控功能可应用于弧形门、平板门等，采用自动化遥控功能控制闸门，可实现对闸门的即时控制，合理调整闸门开关时长，节省灌溉用水。

3.3 泵站计算机实时监控功能

利用泵站计算机实时监控功能，可以依据抽水量、泵流量等参数，合理分配不同区域的灌溉时间，提高灌溉用水的利用效率。同时，泵站计算机实时监控功能不需要管理人员直接进入灌溉现场，只需在控制室内，就可以实现即时、精准、快速掌握泵站运行情况，使泵站设备管理人员在发现机电设备发生异常情况的第一时间就可以快速处理。同时，根据泵站管理制度适时决定是否停机，以此将情况影响控制在最小范围之内。

综上所述，输配水自動化技术是支撑农村灌区稳定发展农业的关键，在应用自动化技术的过程中，要注重有效应用和优化水位流量自动化监测预报功能、闸门自动化遥控功能、泵站计算机实时监控功能等其他功能。一方面保障自动化技术在各项功能中得到有效利用，另一方面保障输配水效果能够满足农村灌区用水需求，以此展现在农村灌区应用自动化技术及相关技术开展输配水管理工作的价值。

作者简介：宋成（1983-），男，本科，工程师。研究方向：水利工程建设管理。