胡獻(xiàn)明,鄭江波,姜漢清,馮志剛,張良浩

(1.桐鄉(xiāng)市水利局,浙江 桐鄉(xiāng) 314500; 2.桐鄉(xiāng)市崇福鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)服務(wù)中心,浙江 桐鄉(xiāng) 314511)

我國(guó)南方地區(qū)河網(wǎng)密布,排灌區(qū)內(nèi)小型農(nóng)田水利設(shè)施自身體積小、分布散、數(shù)量多。近年來,國(guó)內(nèi)許多學(xué)者、專家開展了灌區(qū)信息化、智能化管理模式研究,主要有供水信息自動(dòng)化采集系統(tǒng)、灌區(qū)用水信息管理系統(tǒng)、灌區(qū)GSM通信方式等[1-2]。這為解決農(nóng)村排灌區(qū)高效管理提供了現(xiàn)代化手段。但是對(duì)大范圍內(nèi)布置分散、數(shù)量眾多的泵閘站的管理大多還是以人工現(xiàn)場(chǎng)操作為主,這給高效實(shí)時(shí)管理和決策帶來了很大困難。本文在分析排灌區(qū)泵閘站管理中存在問題的基礎(chǔ)上,探討泵閘站智能化管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系,并通過實(shí)例分析智能系統(tǒng)的應(yīng)用效益。

1 排灌區(qū)泵閘站管理中存在的主要問題

a.泵閘站自動(dòng)化程度低。小型泵閘站數(shù)量極多,分布零散,以人工操作為主,操作人員無法及時(shí)準(zhǔn)確地判斷灌溉、排澇等情況,往往出現(xiàn)農(nóng)田灌溉不充分或者排澇不及時(shí)的情況,浪費(fèi)了大量的水資源和電資源,不利于農(nóng)田產(chǎn)出[3]。同時(shí)人工現(xiàn)場(chǎng)操作,需要大量人力資源,不僅給鎮(zhèn)里的財(cái)政帶來較大壓力,而且這些資源的占用間接影響了全鎮(zhèn)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

b.泵閘站管理不到位。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重視,農(nóng)田水利設(shè)施逐步新建,但是配套管理措施沒有跟上建設(shè)速度。管理人員對(duì)設(shè)施管護(hù)意識(shí)薄弱,專業(yè)技術(shù)知識(shí)缺乏;面對(duì)新建設(shè)備、新引進(jìn)的技術(shù),管理員以往的經(jīng)驗(yàn)無法滿足新的要求[3]。這些都影響著泵閘站的使用壽命和農(nóng)業(yè)效益。

c.管護(hù)資金投入不足。許多鎮(zhèn)、村干部主觀上存在重建設(shè)、輕管理的思想,認(rèn)為只要建好了水利設(shè)施,就能服務(wù)于農(nóng)民,不注重水利設(shè)施的管理和養(yǎng)護(hù)。每年在水利設(shè)施管護(hù)上的資金投入十分有限,沒有條件去雇專業(yè)的管理和養(yǎng)護(hù)人員。這就必然導(dǎo)致設(shè)備使用不規(guī)范、不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞、長(zhǎng)時(shí)間不保養(yǎng)等問題,最終降低泵閘站的使用壽命,減弱其本來應(yīng)該發(fā)揮的效用,損害農(nóng)民的利益。

d.排灌區(qū)管理辦法混亂。各行政村排灌區(qū)內(nèi)都制定各自的管理制度,上級(jí)無法統(tǒng)一調(diào)度,造成管理混亂,主要體現(xiàn)在:①?zèng)]有明確的水費(fèi)收取人,容易產(chǎn)生漏收、多收現(xiàn)象,給村里財(cái)務(wù)管理帶來困難;②發(fā)生事故時(shí),容易混淆責(zé)任,難以明確責(zé)任人;③上級(jí)部門針對(duì)不同的管理制度,無法明確共同的考核辦法。

2 排灌區(qū)泵閘站智能管理控制系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

利用廣電寬帶網(wǎng)對(duì)所有泵房進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制,系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì),用戶無須安裝任何客戶端軟件,只需打開瀏覽器即可進(jìn)行所有操作[1,4-5]。系統(tǒng)支持多級(jí)操作權(quán)限設(shè)置,如片級(jí)管理員只能控制本片內(nèi)的泵房，村級(jí)管理員只能管理和控制本村泵房，鎮(zhèn)級(jí)管理員只能管理本鎮(zhèn)內(nèi)泵房。每個(gè)泵房需安裝智能嵌入式控制主機(jī),以保證在極端狀況下,如村與鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)中斷、鎮(zhèn)與廣電中心網(wǎng)絡(luò)中斷、中心服務(wù)器出現(xiàn)故障,泵房管理員可直接登入智能嵌入式控制主機(jī)進(jìn)行水泵遠(yuǎn)程控制;如村與泵房網(wǎng)絡(luò)中斷或嵌入式控制主機(jī)設(shè)備出故障,泵房管理員可以使用原有的手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)操作模式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)的功能

泵閘站智能管理控制系統(tǒng)主要通過引入專業(yè)的監(jiān)控設(shè)備和軟件,以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù),由一臺(tái)中央控制器對(duì)所有泵閘站進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制,來實(shí)現(xiàn)水利灌溉及排澇的智能遠(yuǎn)程控制管理、視頻監(jiān)控及水位監(jiān)測(cè)[3,5-6]。具體分為3個(gè)功能模塊:水泵遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控及水位監(jiān)測(cè)。

a.水泵遠(yuǎn)程控制。分泄洪泵控制、灌溉泵控制及引水泵控制,與視頻監(jiān)控模塊進(jìn)行無縫接合,可遠(yuǎn)程控制、監(jiān)測(cè)水泵的開關(guān)及工作狀態(tài)。并可按實(shí)際需求自行設(shè)定水泵的工作流程,如:先開啟引水泵多少時(shí)間后,灌溉泵開啟,同時(shí)引水泵停止工作,水泵開啟時(shí)間和使用時(shí)間可由用戶自行設(shè)定。在灌溉泵的控制中,需與泵房?jī)?nèi)現(xiàn)有的變頻器系統(tǒng)相結(jié)合,通過遠(yuǎn)程控制變頻器的頻率來控制灌溉泵出水量的大小。

b.視頻監(jiān)控。包含:①泵房?jī)?nèi)全景及部分儀表監(jiān)控,攝像頭需有遠(yuǎn)程云臺(tái)控制功能;②泵房外內(nèi)河水位監(jiān)控;③泵房外蓄水池水位及灌溉泵出水口監(jiān)控;④本地/遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控;⑤本地/遠(yuǎn)程視頻錄像查閱;⑥支持自定義監(jiān)控通道組合;⑦支持用戶權(quán)限管理;⑧預(yù)留門禁接口,當(dāng)用戶查閱門禁記錄時(shí),可實(shí)時(shí)調(diào)閱1 min開門錄像。

c.水位監(jiān)測(cè)。智能監(jiān)測(cè)當(dāng)前內(nèi)河的水位信息,可設(shè)定警戒水位。當(dāng)水位超出警戒水位時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送手機(jī)短信報(bào)警,通知各級(jí)泵房管理員,同時(shí)報(bào)警中心進(jìn)行聲光報(bào)警。

2.3 系統(tǒng)的特點(diǎn)

a.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)灌區(qū)河水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)水位數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集,根據(jù)遠(yuǎn)程操作,實(shí)現(xiàn)灌溉自動(dòng)化。

b.遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遠(yuǎn)程通信技術(shù),將分布非常分散的泵閘集中控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)各泵站、閥門的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

c.智能決策管理?？筛鶕?jù)實(shí)時(shí)采集的水情數(shù)據(jù),準(zhǔn)確地判斷灌溉、排澇等情況,便于統(tǒng)一管理,準(zhǔn)確做出決策。

d.高效安全的通信方式。采用靈活多變的無線和有線通信方式。支持電腦監(jiān)控、手機(jī)多畫面監(jiān)控,微軟認(rèn)證插件,免設(shè)置,無須擔(dān)心病毒侵犯,支持市面大部分智能手機(jī)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及其效益分析

選擇桐鄉(xiāng)市崇福鎮(zhèn)利順村作為該智能化管理系統(tǒng)應(yīng)用的試驗(yàn)區(qū)。該村現(xiàn)有14個(gè)村民小組,總?cè)丝? 904人,全村面積4.42 km2,其中排灌區(qū)涉及耕地面積154 hm2。該項(xiàng)目自2012年建成運(yùn)行以來,取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和安全效益。

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)統(tǒng)計(jì),2012年該村灌溉用電46 098 kW·h,比2011年減少27 795 kW·h;排澇用電80 000 kW·h,與原來的管理模式相比約節(jié)省45 545 kW·h。電費(fèi)按0.428元/(kW·h)計(jì),可直接節(jié)約成本31 390元。使用智能化管理系統(tǒng)后排灌區(qū)工作人員由原來14名減少至6名,人工成本比2011年減少12 131元。2012年該村直接節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本43 521元,試驗(yàn)區(qū)內(nèi)成本降低282.6元/hm2,若將該項(xiàng)目推廣到桐鄉(xiāng)全市,每年可節(jié)約成本776.93萬元。

3.2 社會(huì)效益

該系統(tǒng)智能化管理的特性不僅降低了灌區(qū)的運(yùn)行成本,同時(shí)對(duì)節(jié)省社會(huì)資源也具有很大的優(yōu)越性。當(dāng)前,社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人力資源日益緊缺的矛盾已逐漸顯現(xiàn)。該智能化管理系統(tǒng)能夠縮減用工、提高灌區(qū)工作效率,節(jié)約人力資源;通過系統(tǒng)的智能控制,可改變灌區(qū)傳統(tǒng)的粗放型管理模式,減少排水、灌溉時(shí)間,節(jié)約水資源和電力資源。為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展增添了活力。

3.3 安全效益

經(jīng)濟(jì)效益是可以計(jì)量的,而人的生命安全是至高無上的。在人人、處處都要講安全生產(chǎn)的今天,該智能化系統(tǒng)的應(yīng)用,真正編織了一道沒有空洞的安全網(wǎng)絡(luò),能夠消除管理人員從居住地往返泵閘站的過程中以及管理人員在現(xiàn)場(chǎng)操作過程中的一切隱患,做到農(nóng)田灌溉、排澇隱患防治橫向到邊、縱向到底。

4 結(jié) 語

排灌區(qū)泵閘站智能管理控制系統(tǒng)能夠高效實(shí)時(shí)地控制分布分散的泵閘站,并能準(zhǔn)確快捷地做出決策,實(shí)現(xiàn)泵閘站的遠(yuǎn)程控制與決策支持。該系統(tǒng)已在桐鄉(xiāng)市崇福鎮(zhèn)利順村得到很好應(yīng)用,并取得了較好效益。但是由于現(xiàn)有條件和認(rèn)知水平的限制,建議加強(qiáng)宣傳,轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念,提高對(duì)泵閘站智能化管理重要性的認(rèn)識(shí)。根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn),遵循“分級(jí)管理”的原則,設(shè)立專門的網(wǎng)絡(luò)管理部門,配備專業(yè)的技術(shù)人員,確立崗位,制定相關(guān)責(zé)任,保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常,泵閘站管理到位。逐漸取消原有混亂管理模式,建立統(tǒng)一的泵閘站運(yùn)營(yíng)管理制度。

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