CN101622952A - 灌区用水管理信息化结构体系 - Google Patents

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CN101622952A
CN101622952A CN200910090494A CN200910090494A CN101622952A CN 101622952 A CN101622952 A CN 101622952A CN 200910090494 A CN200910090494 A CN 200910090494A CN 200910090494 A CN200910090494 A CN 200910090494A CN 101622952 A CN101622952 A CN 101622952A
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irrigated area
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谢崇宝
黄斌
高虹
张国华
姚寒峰
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Beijing Zhongguan Lvyuan International Consulting Co Ltd
CHINA IRRIGATION AND DRAINAGE DEVELOPMENT CENTER
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Beijing Zhongguan Lvyuan International Consulting Co Ltd
CHINA IRRIGATION AND DRAINAGE DEVELOPMENT CENTER
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Abstract

本发明公开了一种灌区用水管理信息化结构体系,包括:灌区识别:用于对灌区渠系及建筑物、管理机构和用水户识别;信息监测:用于完成灌区信息采集和输出;信息传输:用于及时传输信息给调度决策模块,并通过调度决策模块再将需水信息传输给建筑物控制;建筑物控制:用于对灌区的闸门和泵站进行动态调度;调度决策模块:用于为灌区管理者提供决策依据和决策方案,控制灌区的用水量。本发明根据灌区用水管理信息化的实际情况,采用按信息技术自身属性划分的方法,构建符合实际的灌区用水管理信息化结构体系,使其既不重复和交叉,通俗易懂,便于理解,又突出灌区用水管理信息化特点的灌区用水管理信息化结构体系。

Description

灌区用水管理信息化结构体系
技术领域
本发明属于灌溉技术领域,公开了一种灌区用水管理信息化结构体系。 背景技术
新形势下,实现灌区可持续发展将对灌区管理提出越来越高的要求,节水农业必然 要求灌区用水管理向决策科学化、运行高效、节约资源的管理模式发展。灌区用水管理 走向信息化、智能化、现代化,将是未来灌区发展的必然趋势。目前,我国灌区用水管 理的信息化程度还很低,尤其是灌区信息资源的开发、利用,与发达国家及其他行业相 比仍然存在较大差距。作为灌区用水管理信息化重要内容的计算机应用,在总体上,我 国仅相当于发达国家20世纪70年代中后期的水平。
目前,有关灌区用水管理信息化结构体系的划分方法很多,是一项非常复杂和难于 界定的工作,可以从应用的角度去划分,也可以按信息技术自身的属性去划分。如有人 将其划分为硬件和软件两部分,硬件是基于计算机、自动控制、信息网络技术的集信息 采集、目标控制和信息传输为一体的集成化信息系统;软件则是能使硬件发挥最大效用, 将信息整理、计算、分析,以实现辅助决策、科学调度的计算机应用软件系统以及相应 的管理制度和管理方式的总称。
现有技术中应用的灌区用水管理信息化结构体系都是针对某一具体灌区的划分方 法,没有统一的标准,所以缺乏通用性。 发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷,提供了一种根据灌区用水管理信息化的 实际情况,采用按信息技术自身属性划分的方法,构建符合实际的灌区用水管理信息化结 构体系,使其既不重复和交叉,通俗易懂,便于理解,又突出灌区用水管理信息化特点的 灌区用水管理信息化结构体系。
为了实现上述目的本发明釆取的技术方案是: 一种灌区用水管理信息化结构体系, 包括:
灌区识别:用于对灌区渠系及建筑物、管理机构和用水户识别;
信息监测:用于完成灌区气象、墒情、水情、工情、闸位、水质的信息采集和输出; 信息传输:用于及时传输气象、墒情、水情、工情、闸位、水质信息给调度决策模 块,并通过调度决策模块再将需水信息传输给建筑物控制;
5建筑物控制:用于对灌区的闸门和泵站进行动态调度;
调度决策模块:用于为灌区管理者提供决策依据和决策方案,控制灌区的用水量; 包括来水预报模块、可供水预报模块、需水预报模块、水量配置模块、水源优化调度模 块和平衡模块。
所述的灌区识别包括:
水源识别:包括灌区用水水源识别和水源工程识别;用水水源识别分为地表水和地 下水;水源工程识别包括:
1) 蓄水灌区取水设施:水库和闸门;
2) 自流引水灌区取水设施:引水闸;
3) 井灌区取水设施:井及其配套设备;
4) 提水灌区取水设施:泵站及其配套设施;
5) 组合灌区取水设施包括上述不同类型灌区取水设施的组合; 灌区管理机构:设置灌区的管理人员,并进行分级管理;
用水户识别:分为农业、工业、城乡生活、生态及综合用水单元用水单元,将农业 用水单元和城乡生活用水单元按照行政系统进行识别;
所述灌区识别通过编码法、自定义续接搭建法、可视化创建法、电子地图和地理信 息系统进行分类。
所述的信息监测包括:
气象监测:包括降雨量、气温、气压、湿度、风速、水面蒸发量、地温、日照,其 中以降雨量监测为重点,包括降雨分布、降雨量、降雨强度和历时、天气发展趋势及后 续降雨等情况,这些信息主要由靠分布在各地的气象站收集;
墒情监测:包括土壤化学性质、物理结构、水分状况以及作物生长发育状况; 水情监测:包括地表水监测和地下水监测;地表水监测内容包括河道流量、流速、
含沙量、水位数据,通过沿河设立的水文站和水位站进行观测;地下水监测内容包括地
下水位、地下水埋深、地下水温度;
工情监测:包括河道上所有工程情况,是堤防工程、涵闸工程、放淤固堤、河道整
治、堤防道路、险工险点、防浪林、截渗墙的工程信息;
闸位监测:包括闸门开启高度、闸门上下游水位、闸门启闭机及闸门运行状态; 水质监测:包括对水体容量、污染源、企业排污量污染物水质状况、各水功能区水
体水质状况参数的监测;所述信息监测方式分为实时影像可视化监测、实时模拟可视化监测、实时采集、实 时记录定期采集、人工观测记录;所述信息监测内容分为监测点描述、监测信息录入、 监测信息查询、监测信息输出、监测信息显示。
所述的信息传输包括:通信网络、计算机网络、通信连接、通信查询和通信联系基 本单元;
所述信息传输的通信方式分为光纤通信、公共电话通信、微波通信、无线超短波通 信、卫星通信、移动通信、通用无线分组业务和媒介转接通信; 所述的建筑物控制包括: 闸门远动监控系统:
根据调度决策模块需要流量值的申请,通过计算机向设置成远动控制的闸门现地控 制单元发送指令,闸门现地控制单元根据接收到指令和现场水位传感器送入的目前数 值,自动完成对闸门开启、关闭或开启高度的调整,并将执行结果上报调度中心计算机;
闸门现地控制系统:
闸门现地控制系统安装在闸门启闭机室,由丌度传感器、智能闸门测控仪表、控制 电器、逻辑保护电路、操作按钮状态指示灯、电流电压显示表组成,成套于一台机柜, 通过端子与闸位传感器、荷重传感器、机械限位、闭销保护、启闭机、三相交流电源进 线连接构成;
泵站自动化监测与控制系统:
由监测中心、监测中心设备、前端设备、前端控制设备四部分组成;泵站自动化监 测与控制系统通过与机组控制模块连接,运程控制机组运行启动、关停。 所述的调度决策模块包括: 来水预报模块:用来预报灌区的径流过程; 可供水预报模块:用来预报灌区的供水能力; 需水预报模块:用来预报灌区的需水过程;
水量配置模块:根据对需水预报模块所得的结果,按照需水模块各用水单元的需求 进行水量优化配置;
水源优化调度模块:用来解决地表水源、地下水源和可循环利用水源的水质水量的 统一优化调度问题;
平衡模块:用来协调供水预报模块、需水预报模块、水量配置模块和水源优化调度 模块之间的关系。本发明实施例的有益效果是:
本发明实施例实现了灌区用水调度决策的信息化、科学化,达到节水、水资源高效利 用的目的。构建符合实际的灌区用水管理信息化结构体系,使其既不重复和交叉,通俗易 懂,便于理解,又突出灌区用水管理信息化特点的灌区用水管理信息化结构体系。提高灌 区用水信息采集、传输、处理自动化程度,降低灌区管理成本,全面实现灌区优化调度和 现代化管理,最终促进灌区"节水、增效、改善生态",同时也为更好地促进灌区供水服 务水平的提高,显著改善供水服务的安全性、公平性、可靠性和灵活性,提供了有力高效 的技术平台。 附图说明
图1是本发明实施例的结构框图。 具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为对本发明的限定。 一种灌区用水管理信息化结构体系,参见图l,包括:
(一)灌区识别101:用于对灌区渠系及建筑物、管理机构和用水户102识别。 灌区识别分为渠系及建筑物识别(包括水源、渠系设施、量水设施、控制设施)、 管理机构(包插管理局、管理所、管理段)、用水户识别(包括农业用水单元、工业用 水单元、生活用水单元、生态用水单元、综合用水单元);可以通过编码法、自定义续 接搭建法、可视化创建法、电子地图和地理信息系统进行分类。 (1)水源识别
水源识别包括灌区用水水源识别和水源工程识别。灌区水源可分为地表水和地下 水。地表水有江河水、湖泊水、水库水、海水和雨水等;地下水有潜水、承压水和泉水 等。水源工程有时也称为取水设施,该类建筑物往往是灌区最重要的工程设施,灌区灌 溉所需的水均由取水设施引进渠道,再由渠道输往FH间。取水设施的类别:
1) 蓄水灌区取水设施主要有水库和闸门;
2) 自流引水灌区取水设施主要是引水闸,有些灌区可能还有雍水建筑物,如小型 的溢流坝、橡胶坝,堰;
3) 井灌区取水设施主要是井及其配套设备;
4) 提水灌区取水设施主要是泵站及其配套设施;
5) 组合灌区取水设施包括上述不同类型灌区取水设施的组合。 除上述取水设施外,有些灌区还包括以下几种设施:重力坝:主要依靠自身重量抵抗水的作用力等荷载以维持稳定的坝。 拱坝:在平面上拱向上游将荷载主要传递给两岸的曲线型坝。
土石坝:用土、砂、砂砾石、卵石、块石、风化岩等当地材料填筑而成的坝。 溢流堰:水库、渠道中用以宜泄、控制水流溢流的堰。
溢洪道:从水库向下游泄放超过水库调蓄能力的洪水以保证工程安全的泄水建筑物。
(2) 灌区管理机构
大中型灌区大多数采用专业管理与农民集体管理相结合的管理形式,即由同级人民 政府成立灌区专管机构,负责支渠(含支渠)以上的工程管理和用水管理;支渠以下由 受益户推选出来的支斗渠委员会或支斗渠长进行管理,支斗渠委员会或支斗渠长受灌区 专管机构的领导和业务指导;小型灌区基本上采取农民集体管理,即由受益户直接推选 管理委员会或专人进行管理。不同灌区的灌区管理机构设置是不同的,比较大的灌区一 般都设置三级管理机构,即管理局(处)、管理所(站)、管理段(点),灌区用水管理 人员可以参照人事管理系统的设计进行识别。
(3) 用水户识别
灌区用水户可分为农业、工业、城乡生活及生态用水单元。其中农业用水单元和城 乡生活用水单元基本与灌区内的行政系统相联系,为与国家按照行政系统进行统计的口 径相一致,应将农业用水单元和城乡生活用水单元按照行政系统进行识别。
a. 农业用水是灌区用水的大户,对农业用水单元的准确识别是灌区制订用水计划 的重要依据。根据我国的灌区管理体制和农业用水的特点,农业用水单元的属性应包括 由灌区管理的末级渠系控制范围内的灌溉用水户(县、镇、乡、村、组、农户)、行政 隶属关系、作物种植结构、渠系及相关建筑物特性等。
b. 工业用水单元属性包括工业用水户的类别、用水定额、用水规模等。工业用水 一般指工矿企业在生产过程中,用于制造、加工、冷却、净化、洗涤等生产用水和厂内 生活用水。工业用水量按取水量计,不包括企业内部的重复利用量。
C.城乡生活用水单元属性包括其人口状况、生活用水定额等情况,其行政级别的 确定与农业用水单元相同。
d.生态用水单元属性包括生态用水的种类、数量和分布等。生态用水一般分为河 道内生态用水和河道外生态用水两类。河道内生态环境用水一般分为维持河道基本功能 和河口生态环境用水。河道外生态环境用水一般分为湖泊湿地生态环境与建设用水、城市景观用水等。
e.综合用水单元是针对灌区内存在交叉用水的用水户设置的,如农业用水单元内 兼有工业用水单元或其它用水单元,而在实际用水户识别中又难以将其一一区分,则将 其定义为综合用水单元。
(二)信息监测103:用于完成灌区气象、墒情、水情、工情、闸位、水质等104 的信息采集和输出。
信息监测和采集系统主要完成气象、墒情、水情、工情、闸位、水质等信息采集和 报送,为灌区的水资源合理配置和监控调度,提供准确及时、可靠的基础信息服务,是 灌区用水管理信息化程度的重要保障。信息监测对象分为雨情监测、墒情监测、水位监 测、闸位监测、流速监测、水质监测、泵站监测、工情监测、气象监测、视频监测;监 测方式分为实时影像可视化监测、实时模拟可视化监测、实时采集、实时记录定期采集、 人工观测记录;将监测内容分为监测点描述、监测信息录入、监测信息査询、监测信息 输出、监测信息显示。
(1) 气象监测要素包括降雨量、气温、气压、湿度、风速、水面蒸发量、地温、 日照等,其中以降雨量监测为重点,包括降雨分布、降雨量、降雨强度和历时、天气发 展趋势及后续降雨等情况等,这些信息主要由靠分布在各地的气象站收集。
(2) 墒情监测要素应包括土壤化学性质、物理结构、水分状况以及作物生长发育 状况。灌溉科研成果表明,水对农作物生长既有正面影响,也有负面影响。因此,要做 到农作物灌水的适时适量,就必须实时掌握各种农作物生育进程中对水的需求,制订出 科学的配水方案和计划。
(3) 水情监测应包括地表水监测和地下水监测。地表水监测内容包括河道流量、 流速、含沙量、水位等数据, 一般通过沿河设立的水文站和水位站进行观测。在汛期防 汛部门还常常加设临时水位站。地下水监测内容包括地下水位、地下水埋深、地下水温 度等要素。
(4) 工情监测应包括河道上所有工程情况,是堤防工程、涵闸工程、放淤固堤、 河道整治、堤防道路、险工险点、防浪林、截渗墙等各种工程信息。
(5) 闸位监测包括闸门丌启高度、闸门上下游水位、闸门启闭机和闸门运行状态。
(6) 水质监测应包括对水体容量、污染源、企业排污量污染物水质状况、各水功 能区水体水质状况参数的监测。水质监测内容视具体情况确定,主要用来预警预报流域 性的水质污染事件和事故,监督各水功能区的排放达标状况。
10(三)信息传输105:用于及时传输信息检测的信息给调度决策模块106,并通过 调度决策模块106再将需水信息传输给建筑物控制107;可根据灌区的实际需求和发展
水平选择光纤通信、公共电话通信、微波通信、无线超短波通信、卫星通信、移动通信、 通用无线分组业务和媒介转接通信等其中的一种或几种传输方式。
信息传输是灌区用水管理信息化的载体,是数据、视频、语音传输的途径,是灌区 用水管理信息化得以实现的通道。可靠的通信网络系统及计算机网络系统是保证灌区用 水管理信息化高效运行的重要条件。建立灌区信息中心一监控站一采集点网络结构,及 时传输气象、墒情、水情、工情、闸位、水质、主要建筑物动态监控信息,以及工程调 度运行数据、语言、视频信息。同时建立计算机网络系统为各类信息采集、数据库应用、 用水优化调度、运行监控管理等应用提供服务平台。信息传输分为通信网络、计算机网
络、通信连接、通信查询和通信联系等基本单元;将通信方式分为光纤通信、公共电话 通信、微波通信、无线超短波通信、卫星通信、移动通信、通用无线分组业务和媒介转 接通信等。
(1) 信息传输的组网方式 组网方式是确定通信网络系统的主要内容。要确定信息传输的组网方式,首先必须
进行信息需求分析,这种分析一般而^应是自上而下,也可以自下而上。
自上而下分析法,也就是从目标出发,有明确的管理决策目的,向下追寻,为实现 这些目标,需要各个层面提供什么样的信息,它应包括信息的表现形式,信息的获取方 式,信息的更新频率,信息的时间标识等基本属性。实践表明,这种方式具有很强的针 对性,因而也是比较经济的,它能确保灌区管理决策所需要的信息既是必要的也是充分 的。
(2) 计算机网络系统设计
按照灌区大小和管理层次,灌区用水管理信息化计算机网络系统一般可分为二级或 三级,每一级构成一个局域网,如果级与级之间距离较远,超五类双绞线无法实现互联, 可以采用光纤或扩频通讯组成一个统一的计算机局域网络。
一般计算机局域网宜采用客户机/服务机或B/S (浏览器/服务器)网络类型,拓扑结构 采用星形结构(计算机网络的拓扑结构可以分为环形网、星形网、总线形网等),组网技 术采用快速以太网或千兆以太网技术,网络协议为TCP/IP协议,传输设备采用双绞线、 光纤或无线网桥(扩频通讯设备),传送信号采用交换机或集线器,网络操作系统采用Unk、 Windows XP或Linux,可以支持多种业务的开展,从数据传输的速度和网络容量上来讲都可以满足信息化当前和未来发展的需求,也可以为以后网络的升级打下基础且具有良好的 可扩展性。
灌区用水管理信息化计算机网络系统具有以下功能:
1)文件系统服务,为网络用户提供大容量存储空间和文件共享访问服务。2)应用系 统服务,为网络用户提供水情、工程等结构化数据和非结构化数据的查询、检索、计算、 更新等服务;
3) FTP服务,为网络用户提供文件传输服务;
4) WWW服务,为网络用户提供外部Internet服务;
5) Intranet服务,为网络用户提供灌区用水管理的Internet服务;
6) IP电话服务,为网络用户提供基于网络的电话服务;
7) 业务服务,为网络用户提供各项专业系统服务。
(四)建筑物控制107:通过信息监测104获得的信息传输到调度决策模块106并经 过调度决策模块系统分析得出需要调度的建筑物控制信息,用于对灌区的闸门和泵站进行 动态调度。
建筑物控制指对灌区的闸门和泵站等控制建筑物的管理,是实现灌区用水管理信息化 的关键环节。为实现水资源的优化配置,特别是在渠系配水过程中,需要对部分控制建筑 物如配水闸、节制闸、泄洪闸、泵站等进行动态调度,因此在用水管理信息化建设中需要 设置控制功能。本发明将建筑物控制分为控制对象描述、控制方式、控制参数设置、控制 结果输出、控^过程显示单元;控制方式分为现地手动控制、现地自动控制、分布式控制、 集中式控制、数据采集与监视控制(Supervisory Control And Data Acquisition,简称 SCAD A)系统。
(1)闸门远动监控系统
闸门远动控制,即:根据调度决策模块需要流量值的申请,调度员通过计算机向设置 成远动控制的闸门现地控制单元发送指令,闸门现地控制单元根据接收到指令和现场水位 传感器送入的目前数值,自动完成对闸门开启、关闭或丌启高度的调整,并将执行结果上 报调度中心计算机。
数据采集:自动进行实时数据采集、传输、校验、报警、计算、存储等,包括闸门位 置、闸前水位、故障指示、过载继电器状态、接触器状态等。
数据处理:对实时数据进行滤波、数据检查、越限检测,按功能要求生产报警和报告 标志,建立实时数据库、历史数据库并向上级数据库传送数据;历史数据统计与分析、查询。
实时控制:提供直观的控制画面,动态显示闸门启闭操作过程。在集中控制方式下, 可以远程控制闸门的启闭停,也可以指定闸门启闭到某一特定位置。
安全运行监视:包括状态监视、过程监视、异常监视等,系统故障或误操作提示及报 警,操作过程中的可靠性校核及闭锁功能;
离线分析:对监测数进行误差处理,整编计算、统计分析、模型解析,揭示闸门实际 运行状况。具有数据比较功能。
运行参数设置与修改。
事件顺序记录:闸阀启闭操作运行记录,故障、越限报警记录。
生产管理"闸启闭记录表、事故记录表、设备状态统计表、生产运行统计表、状态曲 线、操作流程图、限值设定表、电气主接线、系统框图等。 制表与打印:定时打印、召唤打印、随机打印。
数据库管理:主要有实时数据库、历史数据厍的生成、增升、维护以及各种数据库文 件的共享和转换等。
多级操作员安全等级设置,多重密码设置。 系统自诊断、自恢复。
数据通讯:监控中心与上级防汛中心的通讯联系。
控制优先权顺序:现地手动、现地自动、管理中心。 (2)闸门现地控制系统
闸门现地控制单元安装在闸门启闭机室,由丌度传感器、智能闸门测控仪表、控制电 器、逻辑保护电路、操作按钮状态指示灯、电流电压显示表等组成,成套于一台机柜(标 准机柜或非标准机柜、台、箱),通过端子与闸位传感器、荷重传感器、机械限位、闭销 保护、启闭机、三相交流电源进线等连接构成。
显示功能:数字显示闸位、荷重、行程设定值、荷重两级报警设定值、电网电压、运 行电流等参数;提升、降落等各各种运行状态指示。
参数设定:通过按键设定行程值、上下限位置、荷重两级报警设定值等参数。
操作闸门:通过按键可提升、降落闸门到指定位置。
安全保护:具有数字电子限位、机械限位、负载过荷、工作超时、启闭机过流、方式 闭锁等多重保护功能,确保闸门运行安全可靠。
通讯功能:可远程修改参数,遵循最后一次有效原则;实时过程参数、运行状态上传;
13接受并执行远程遥控控制命令,精确提升、降落闸门到指定位置。
多种控制方式:手动控制,在智能闸门测控仪、PLC计算机等设备发生故障的情况下, 可手动提升、降落闸门;自动控制,预置闸门行程设定值,可精确提升、降落闸门到指定 位置;运程控制,接受并执行远程遥控命令,精确提升、降落闸门到指定位置。三种控制 方式的优先级可以进行设定。
(3)泵站自动化监测与控制系统
泵站自动化监测与控制系统通过与机组控制模块连接,运程控制机组运行启动、关停。 泵站自动化监测与控制系统一般由监测中心、监测中心设备、前端设备、前端控制设备四 部分组成。
泵站监控中心PC驱动通信模块向泵站终端下发控制信息,及接收下位机上报的数据 及告警信息,同时对采集的数据进行管理,提供查询、统计、报表打印等功能,数据为泵 站设备上的电压、电流、电度、压力、流量、液位、机组丌停机状况,能完成流量和电度 计算。
监测中心设备主要由数据服务器和数据传输模块(台式)、通信转换器组成,服务器 上安装操作系统软件、数据库软件组成;
前端设备主要由测控设备、采集处理设备、通讯传输模块、信号转换控制器、开关电 源、蓄电池、逆变器、UPS控制器等部分组成,
前端控制设备包括泵站的水泵启动控制柜装置,前端测量设备包括现场的一次仪表。 (五)调度决策模块106:用于为灌区管理者提供决策依据和决策方案,根据六大 模块108之间的协调控制灌区的用水量。
调度决策楔块是实现灌区水资源的高效利用和优化配置的关键,需要建立基于来水预 报模块、需水预报模块、水量优化调配模块等用水管理模块的专业软件系统,同时还应建 立一般水务管理软件系统如水费管理、基础数据管理、技术档案管理等。这两类软件系统
在通过信息监测104和灌区识别101获得的数据、信息支持下,为灌区管理者提供决策依
据和决策方案。调度决策模块分为模块选择、基本资料录入、参数设置、决策结果输出和
决策过程显示单元;将灌区用水管理调度决策模块分为來水预报模块、可供水预报模块、 需水预报模块、水量配置模块、水源优化调度模块和平衡模块。
来水预报模块主要是预报灌区的径流过程。该模块充分利用灌区内已有的通过信息监 测系统获得的数据,将降雨、腾发、土壤、地形地貌、植被等大量的实测资料输入水文模 型中,预报灌区的径流过程,在灌区识别系统获得灌区灌排系统和蓄水系统分布的基础上,合理确定降雨径流在灌区内和灌区外的量质分布。
可供水预报模块主要是用来预报灌区的供水能力。该模块充分利用灌区识别、信息 监测和来水预报模块获得的数据,依据系统來水条件、工程状况、需水要求及相应的运 用调度方式和规则,具体从现有供水工程、规划供水工程、病险水库加固改造、灌区工程 续建配套、调水工程、雨水积蓄利用、污水处理利用、海水利用等这几个方面进行分析预 报,而且应根据不同水文年型,对灌区的可供水量进行预报。
需水预报模块主要是预报灌区的需水过程。灌区需水包括工业需水、农业需水、生活 需水和生态需水,需水预报结果的准确性取决于对已有资料的解读和对未来需水的准确判 断;农田灌溉需水量是灌区总需水量的主要部分,因此农ffl灌溉需水的预测精度决定了灌 区需水预报模块的精度。有关农田灌溉需水量方面的预报模型主要有实时预报模型、短期 预报模型和中长期预报模型,而每一种模型又可分为确定性模型和不确定模型。
水量配置模块主要针对需水预报模块所得的结果,按照需水模块各用水单元(农业用 水单元、工业用水单元、生活用水单元和生态用水单元)的需求进行优化配置的功能,水 量配置模块是调度决系统中最为关键的环节。灌区水量配置过程主要通过灌区的渠道工 程、管道工程和控制工程完成,其中以满足农田灌溉用水需求的水量优化配置为灌区水量 优化配置的主要内容。
水源优化调度模块主要解决地表水源、地下水源和可循环利用水源等水源水质水量的 统一优化调度问题。充分考虑现有灌区工程的布局(通过灌区识别系统获得),借助日趋 成熟的多目标或单目标优化方法,以实现灌区综合效益(社会效益、'经济效益、生态效益 等)最大化为目标,以可供水模块和需水模块为基础,实现灌区多水源在时间上和空间上 的优化调度。
平衡模块主要用來协调來水预报模块、需水预报模块、可供水预报模块、水量配置模 块和水源优化调度模块之间的关系,是这五个模块的纽带和桥梁。如进行可供水量和需水 量之间的水量平衡分析时,就需要调用平衡模块。当满足设定的平衡条件时,容易实现灌 区用水管理的调度决策;而当不满足设定的平衡条件时,则需调用水源优化调度模块和水 量配置模块,通过反复调整调度决策系统中的参数,同时考虑用水的轻重缓急,实现尽可 能满足需水预报模块中各需水单元的水质水量用水目标。
本发明专利将灌区用水管理信息化系统分为灌区识别、信息监测、信息传输、建筑物 控制和调度决策五个方面,较为完整地构建了灌区用水管理信息化结构体系,对统一灌区 用水管理信息化建设标准,避免灌区用水管理信息化重复丌发、重复建设,实现灌区间信
15息资源共享和建立全国灌区用水管理信息化网络具有重要的指导意义。
以上所述的实施例,只是本发明较优选的具体实施方式的一种,本领域的技术人员在 本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种灌区用水管理信息化结构体系,其特征在于,包括: 灌区识别:用于对灌区渠系及建筑物、管理机构和用水户识别; 信息监测:用于完成灌区气象、墒情、水情、工情、闸位、水质的信息采集和输出; 信息传输:用于及时传输气象、墒情、水情、工情、闸位、水质信息给调度决策模块,并通过调度决策模块再将需水信息传输给建筑物控制; 建筑物控制:用于对灌区的闸门和泵站进行动态调度; 调度决策模块:用于为灌区管理者提供决策依据和决策方案,控制灌区的用水量;包括来水预报模块、可供水预报模块、需水预报模块、水量配置模块、水源优化调度模块和平衡模块。
2. 根据权利要求1所述的一种灌区用水管理信息化结构体系,其特征在于:所述 的灌区识别包括:水源识别:包括灌区用水水源识别和水源工程识别;用水水源识别分为地表水和地 下水;水源工程识别包括:1) 蓄水灌区取水设施:水库和闸门;2) 自流引水灌区取水设施:引水闸;3) 井灌区取水设施:井及其配套设备;4) 提水灌区取水设施:泵站及其配套设施;5) 组合灌区取水设施包括上述不同类型灌区取水设施的组合; 灌区管理机构:设置灌区的管理人员,并进行分级管理;用水户识别:分为农业、工业、城乡生活、生态及综合用水单元用水单元,将农业 用水单元和城乡生活用水单元按照行政系统进行识别;所述灌区识别通过编码法、自定义续接搭建法、可视化创建法、电子地图和地理信 息系统进行分类。
3. 根据权利要求l所述的一种灌区用水管理信息化结构体系,其特征在于:所述 的信息监测包括:气象监测:包括降雨量、气温、气压、湿度、风速、水面蒸发量、地温、日照,其 中以降雨量监测为重点,包括降雨分布、降雨量、降雨强度和历时、天气发展趋势及后 续降雨等情况,这些信息主要由靠分布在各地的气象站收集;墒情监测:包括土壤化学性质、物理结构、水分状况以及作物生长发育状况;水情监测:包括地表水监测和地下水监测;地表水监测内容包括河道流量、流速、 含沙量、水位数据,通过沿河设立的水文站和水位站进行观测;地下水监测内容包括地 下水位、地下水埋深、地下水温度;工情监测:包括河道上所有工程情况,是堤防工程、涵闸工程、放淤固堤、河道整 治、堤防道路、险工险点、防浪林、截渗墙的工程信息;闸位监测:包括闸门丌启高度、闸门上下游水位、闸门启闭机及闸门运行状态;水质监测:包括对水体容量、污染源、企业排污量污染物水质状况、各水功能区水 体水质状况参数的监测;所述信息监测方式分为实时影像可视化监测、实时模拟可视化监测、实时采集、实 时记录定期采集、人工观测记录;所述信息监测内容分为监测点描述、监测信息录入、 监测信息査询、监测信息输出、监测信息显示。
4. 根据权利要求1所述的一种灌区用水管理信息化结构体系,其特征在于:所述 的信息传输包括:通信网络、计算机网络、通信连接、通信查询和通信联系基本单元;所述信息传输的通信方式分为光纤通信、公共电话通信、微波通信、无线超短波通 信、卫星通信、移动通信、通用无线分组业务和媒介转接通信;
5. 根据权利要求1所述的一种灌区用水管理信息化结构体系,其特征在于:所述 的建筑物控制包括:闸门远动监控系统:根据调度决策模块需要流量值的申请,通过计算机向设置成远动控制的闸门现地控 制单元发送指令,闸门现地控制单元根据接收到指令和现场水位传感器送入的目前数 值,自动完成对闸门开启、关闭或开启高度的调整,并将执行结果上报调度中心计算机;闸门现地控制系统:闸门现地控制系统安装在闸门启闭机室,由开度传感器、智能闸门测控仪表、控制 电器、逻辑保护电路、操作按钮状态指示灯、电流电压显示表组成,成套于一台机柜, 通过端子与闸位传感器、荷重传感器、机械限位、闭销保护、启闭机、三相交流电源进 线连接构成;泵站自动化监测与控制系统:由监测中心、监测中心设备、前端设备、前端控制设备四部分组成;泵站自动化监 测与控制系统通过与机组控制模块连接,运程控制机组运行启动、关停。
6. 根据权利要求1所述的一种灌区用水管理信息化结构体系,其特征在于:所述的调度决策模块包括:来水预报模块:用来预报灌区的径流过程; 可供水预报模块:用来预报灌区的供水能力; 需水预报模块:用来预报灌区的需水过程;水量配置模块:根据对需水预报模块所得的结果,按照需水模块各用水单元的需求 进行水量优化配置;水源优化调度模块:用来解决地表水源、地下水源和可循环利用水源的水质水量的 统一优化调度问题;平衡模块:用来协调供水预报模块、需水预报模块、水量配置模块和水源优化调度 模块之间的关系。
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