CN115344999A - 渠系的智能化管控方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种渠系的智能化管控方法和装置，渠系包括干渠和与干渠连通的至少一个支渠，支渠上设置有多个供水闸门，该智能化管控方法和装置为对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；基于供需平衡关系式制定支渠轮灌计划，支渠轮灌计划包括多个供水闸门的闸门编组方案；基于闸门编组方案对多个供水闸门执行开闭操作。通过上述方案可以实现目标支渠能够在行水过程中始终保持高水位大流量运行、并能减少渠道的输水损失，从而保证了灌区的灌溉效果。

Description

渠系的智能化管控方法和装置
技术领域
本申请涉及农业灌溉技术领域，更具体地说，涉及一种渠系的智能化管控方法和装置。
背景技术
在灌区的渠系一般包括干渠和与干渠分别连通的多个支渠，为了保证良好的灌溉效果，使各当前用水的目标支渠能够在行水过程中始终保持高水位大流量运行、减少渠道的输水损失，是保证灌区的灌溉效果的关键因素。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种渠系的智能化管控方法和装置，用于保证目标支渠保持高水位大流量运行，以保证灌区的灌溉效果。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种渠系的智能化管控方法，所述渠系包括干渠和与所述干渠连通的至少一个支渠，所述支渠上设置有多个供水闸门，所述智能化管控方法包括步骤：
对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；
基于所述供需平衡关系式制定所述支渠轮灌计划，所述支渠轮灌计划包括所述多个供水闸门的闸门编组方案；
基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作。
可选的，所述基于所述供需平衡关系式制定所述支渠轮灌计划，所述支渠轮灌计划包括所述多个供水闸门的闸门编组方案，包括步骤：
根据所述供需平衡关系式确定所述支渠全年的灌溉水量和流量过程；
基于闸门群控模型对所述灌溉水量和所述流量过程进行处理，得到所述闸门编组方案。
可选的，在所述基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作步骤之前，还包括步骤：
对所述支渠轮灌计划进行动态调整。
可选的，还包括步骤：
采集所述灌区灌溉后的多种数据，通过对所述多种数据的分析处理，得到灌溉效益。
可选的，所述多种数据包括所述灌区的墒情数据、地下水位数据、渠道水位数据、渠道剩水量和渠道弃水量中的部分或全部。
一种渠系的智能化管控装置，所述渠系包括干渠和与所述干渠连通的至少一个支渠，所述支渠上设置有多个供水闸门，所述智能化管控装置包括：
平衡分析模块，被配置为对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；
方案制定模块，被配置为基于所述供需平衡关系式制定所述支渠轮灌计划，所述支渠轮灌计划包括所述多个供水闸门的闸门编组方案；
方案执行模块，被配置为基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作。
可选的，所述计划制定模块包括：
水量计算单元，被配置为根据所述供需平衡关系式确定所述支渠全年的灌溉水量和流量过程；
方案制定单元，被配置为基于闸门群控模型对所述灌溉水量和所述流量过程进行处理，得到所述闸门编组方案。
可选的，还包括：
方案优化模块，被配置为在所述方案执行模块基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作之前，对所述支渠轮灌计划进行动态调整。
可选的，还包括：
效益评估模块，被配置为采集所述灌区灌溉后的多种数据，通过对所述多种数据的分析处理，得到灌溉效益。
可选的，所述多种数据包括所述灌区的墒情数据、地下水位数据、渠道水位数据、渠道剩水量和渠道弃水量中的部分或全部。
从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种渠系的智能化管控方法和装置，渠系包括干渠和与干渠连通的至少一个支渠，支渠上设置有多个供水闸门，该智能化管控方法和装置为对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；基于供需平衡关系式制定支渠轮灌计划，支渠轮灌计划包括多个供水闸门的闸门编组方案；基于闸门编组方案对多个供水闸门执行开闭操作。通过上述方案可以实现目标支渠能够在行水过程中始终保持高水位大流量运行、并能减少渠道的输水损失，从而保证了灌区的灌溉效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的一种渠系的智能化管控方法的流程图；
图2为一个渠系的抽象示意图；
图3为本申请实施例的另一种渠系的智能化管控方法的流程图；
图4为本申请实施例的又一种渠系的智能化管控方法的流程图；
图5为本申请实施例的一种渠系的智能化管控装置的框图；
图6为本申请实施例的另一种渠系的智能化管控装置的框图；
图7为本申请实施例的又一种渠系的智能化管控装置的框图；
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1为本申请实施例的一种渠系的智能化管控方法的流程图。
本实施例提供的智能化管控方法用于对渠系进行管理控制，该渠系包括干渠和至少一个支渠，如图2所示，暖泉渠(支渠)的渠首与(第二农场渠)干渠相连通，每个支渠还连通有多个斗渠，如新开二斗、小农场斗、王田九斗......等，每个斗渠通过供水闸门与该支渠连通，即供水闸门用于关停对斗渠的供水。
如图1所示，本实施例提供的智能管控方法包括如下步骤：
S1、对目标灌区执行供需平衡分析处理。
这里的目标灌区是指设置有该渠系的待灌溉的广大农林区域，在该区域范围内，水源可供水量一定的前提下，分析可供水量与满足该目标灌区全年或在某一灌季内作物的灌溉需求之间的关系，即得到该供需平衡关系式。上述关系式包括地表水资源量、地下水综合补给量、降水入渗补给量、灌溉回归补水、蓄水总量等元素。
1、地表水资源量计算通常采用：W地表＝0.1*α*x*A
式中W是地表水资源总量，单位万方；α为径流系数，根据《水文手册》取0.2～0.6；x为多年平均降水量，单位mm；A为产流面积，单位km2。
2、地下水综合补给量主要包括降雨补给和灌溉回归补水：
W地下＝W1+W2，式中W1为降雨补给，单位：万方；W2为灌溉回归补水，单位：m3。
3、降水入渗补给量采用公式：
W1＝0.1*f*x*A,式中f为入渗系数。
4、灌溉回归补水采用公式：
W2＝Q定*A灌，式中Q定为灌溉定额，单位：m3/hm2；A灌为灌溉面积，单位：hm2；
U为回归系数。
5、水资源供需平衡分析
需水总量为W需：W需＝W灌生+W，式中W灌为农业灌溉需水量，单位：万方；W生为三生用水需水总量，单位：万方。
根据灌区可利用水资源和需水量进行水资源供需平衡分析，公式如下：
W余缺利＝W-W需，式中W余缺为水资源余缺水量，单位：万方；W利为灌区可利用水资源量，单位：万方。
S2、基于供需平衡关系式制定支渠轮灌计划。
在得到上述供需平衡关系式的基础上，将该供需平衡关系式作为制定支渠轮灌计划的依据，进而确定支渠全年的灌溉水量及流量过程。渠系优化配水模型及算法作为支渠轮灌计划制定的核心技术支撑，也是实现全灌区自动化管控的核心技术和基础。
具体来说，首先通过供需平衡分析后，确定每条支渠的灌溉流量，并且确定分配给各支渠的水的流量过程。
然后，基于闸门群控模型对灌溉水量和流量过程进行处理，得到支渠轮灌计划，该计划中具体包括多个供水闸门的闸门编组方案，具体下表所示：
Figure BDA0003793018100000051
Figure BDA0003793018100000061
S3、基于闸门编组计划对多个供水闸门执行开闭操作。
即将该闸门编组计划作为相应智能化管控程序中的控制参数，以该控制参数对支渠上的多个供水闸门执行开闭操作。具体在执行过程中，该闸门编组计划还可以经工作人员进行确认。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种渠系的智能化管控方法，渠系包括干渠和与干渠连通的至少一个支渠，支渠上设置有多个供水闸门，该智能化管控方法为对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；基于供需平衡关系式制定支渠轮灌计划，支渠轮灌计划包括多个供水闸门的闸门编组方案；基于闸门编组方案对多个供水闸门执行开闭操作。通过上述方案可以实现目标支渠能够在行水过程中始终保持高水位大流量运行、并能减少渠道的输水损失，从而保证了灌区的灌溉效果。
另外，在本申请的一个具体实施方式中，在步骤S3之前，还包括如下步骤，如图3所示：
S21、对支渠轮灌计划进行动态调整。
即进入灌季后，灌区灌溉管理人员以雨情信息、渠道上游水量及外洪水量大小、土壤含水率等作为渠系优化配水模型的计算初始条件，将模型计算结果作为特殊情况下调整配水计划的依据，对上述支渠轮灌计划进行优化处理，并将经调度人员审核后的支渠轮灌计划的相关信息发送至闸门自动控制系统，以实现对相应供水闸门的启闭操作。
另外，在本申请的另一个具体实施方式中，在步骤S4之后，还包括如下步骤，如图4所示：
S4、对目标灌区的灌溉效益进行分析处理。
采集各个自动监测站(墒情站、地下水位站、渠道水位站、田间气象站)、视频监控站采集的多种数据，如墒情数据、地线水位数据、渠道水位数据、闸门工况信息、进水口闸门水量、末级渠系灌溉控制闸门水量、灌区排水渠(沟)水质数据，并通过分析得到渠道剩余水量、渠道弃水量。
经过对上述多种数据的分析得到灌溉用水效率、多级渠道时滞及排水水质、渠系配水可靠性、准确性及灌溉管理用工用时的灌溉效率、灌区水质安全问题进行评估分析。
通过评估分析，可不断提高模型算法的合理性、稳定性，完善灌溉管理制度、提高管理水平，使水资源得到最大化的合理、有效利用，实现灌区的可持续性发展。
实施例二
图5为本申请实施例的一种渠系的智能化管控装置的框图。
本实施例提供的智能化管控方法用于对渠系进行管理控制，该渠系包括干渠和至少一个支渠，如图2所示，暖泉渠(支渠)的渠首与(第二农场渠)干渠相连通，每个支渠还连通有多个斗渠，如新开二斗、小农场斗、王田九斗......等，每个斗渠通过供水闸门与该支渠连通，即供水闸门用于关停对斗渠的供水。
如图5所示，本实施例提供的智能管控装置包括平衡分析模块10、方案制定模块20和方案执行模块30。
平衡分析模块用于对目标灌区执行供需平衡分析处理。
这里的目标灌区是指设置有该渠系的待灌溉的广大农林区域，在该区域范围内，水源可供水量一定的前提下，分析可供水量与满足该目标灌区全年或在某一灌季内作物的灌溉需求之间的关系，即得到该供需平衡关系式。上述关系式包括地表水资源量、地下水综合补给量、降水入渗补给量、灌溉回归补水、蓄水总量等元素。
1、地表水资源量计算通常采用：W地表＝0.1*α*x*A
式中W是地表水资源总量，单位万方；α为径流系数，根据《水文手册》取0.2～0.6；x为多年平均降水量，单位mm；A为产流面积，单位km2。
2、地下水综合补给量主要包括降雨补给和灌溉回归补水：
W地下＝W1+W2，式中W1为降雨补给，单位：万方；W2为灌溉回归补水，单位：m3。
3、降水入渗补给量采用公式：
W1＝0.1*f*x*A,式中f为入渗系数。
4、灌溉回归补水采用公式：
W2＝Q定*A灌，式中Q定为灌溉定额，单位：m3/hm2；A灌为灌溉面积，单位：hm2；
U为回归系数。
5、水资源供需平衡分析
需水总量为W需：W需＝W灌生+W，式中W灌为农业灌溉需水量，单位：万方；W生为三生用水需水总量，单位：万方。
根据灌区可利用水资源和需水量进行水资源供需平衡分析，公式如下：
W余缺利＝W-W需，式中W余缺为水资源余缺水量，单位：万方；W利为灌区可利用水资源量，单位：万方。
方案制定模块用于基于供需平衡关系式制定支渠轮灌计划。
在得到上述供需平衡关系式的基础上，将该供需平衡关系式作为制定支渠轮灌计划的依据，进而确定支渠全年的灌溉水量及流量过程。渠系优化配水模型及算法作为支渠轮灌计划制定的核心技术支撑，也是实现全灌区自动化管控的核心技术和基础。具体来说，该模块包括水量计算单元和方案制定单元。
水量计算单元用于通过供需平衡分析，确定每条支渠的灌溉流量，并且确定分配给各支渠的水的流量过程。
方案制定单元用于基于闸门群控模型对灌溉水量和流量过程进行处理，得到支渠轮灌计划，该计划中具体包括多个供水闸门的闸门编组方案，具体下表所示：
Figure BDA0003793018100000081
Figure BDA0003793018100000091
方案执行模块用于基于闸门编组计划对多个供水闸门执行开闭操作。
即将该闸门编组计划作为相应智能化管控程序中的控制参数，以该控制参数对支渠上的多个供水闸门执行开闭操作。具体在执行过程中，该闸门编组计划还可以经工作人员进行确认。
从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种渠系的智能化管控装置，渠系包括干渠和与干渠连通的至少一个支渠，支渠上设置有多个供水闸门，该智能化管控装置用于对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；基于供需平衡关系式制定支渠轮灌计划，支渠轮灌计划包括多个供水闸门的闸门编组方案；基于闸门编组方案对多个供水闸门执行开闭操作。通过上述方案可以实现目标支渠能够在行水过程中始终保持高水位大流量运行、并能减少渠道的输水损失，从而保证了灌区的灌溉效果。
另外，在本申请的一个具体实施方式中还包括方案优化模块40，如图6所示：
方案优化模块用于对支渠轮灌计划进行动态调整。
即在计划制定模块制定出支渠轮灌方案的基础上，进入灌季后，灌区灌溉管理人员以雨情信息、渠道上游水量及外洪水量大小、土壤含水率等作为渠系优化配水模型的计算初始条件，将模型计算结果作为特殊情况下调整配水计划的依据，对上述支渠轮灌计划进行优化处理，并将经调度人员审核后的支渠轮灌计划的相关信息发送至闸门自动控制系统，以实现对相应供水闸门的启闭操作。
另外，在本申请的另一个具体实施方式中，还包括效益评估模块50，如图7所示：
效益评估模块用于对目标灌区的灌溉效益进行分析处理。
采集各个自动监测站(墒情站、地下水位站、渠道水位站、田间气象站)、视频监控站采集的多种数据，如墒情数据、地线水位数据、渠道水位数据、闸门工况信息、进水口闸门水量、末级渠系灌溉控制闸门水量、灌区排水渠(沟)水质数据，并通过分析得到渠道剩余水量、渠道弃水量。
经过对上述多种数据的分析得到灌溉用水效率、多级渠道时滞及排水水质、渠系配水可靠性、准确性及灌溉管理用工用时的灌溉效率、灌区水质安全问题进行评估分析。
通过评估分析，可不断提高模型算法的合理性、稳定性，完善灌溉管理制度、提高管理水平，使水资源得到最大化的合理、有效利用，实现灌区的可持续性发展。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种渠系的智能化管控方法，所述渠系包括干渠和与所述干渠连通的至少一个支渠，所述支渠上设置有多个供水闸门，其特征在于，所述智能化管控方法包括步骤：
对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；
基于所述供需平衡关系式制定所述支渠轮灌计划，所述支渠轮灌计划包括所述多个供水闸门的闸门编组方案；
基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作。
2.如权利要求1所述的智能化管控方法，其特征在于，所述基于所述供需平衡关系式制定所述支渠轮灌计划，所述支渠轮灌计划包括所述多个供水闸门的闸门编组方案，包括步骤：
根据所述供需平衡关系式确定所述支渠全年的灌溉水量和流量过程；
基于闸门群控模型对所述灌溉水量和所述流量过程进行处理，得到所述闸门编组方案。
3.如权利要求1所述的智能化管控方法，其特征在于，在所述基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作步骤之前，还包括步骤：
对所述支渠轮灌计划进行动态调整。
4.如权利要求1～3任一项所述的智能化管控方法，其特征在于，还包括步骤：
采集所述灌区灌溉后的多种数据，通过对所述多种数据的分析处理，得到灌溉效益。
5.如权利要求5所述的智能化管控方法，其特征在于，所述多种数据包括所述灌区的墒情数据、地下水位数据、渠道水位数据、渠道剩水量和渠道弃水量中的部分或全部。
6.一种渠系的智能化管控装置，所述渠系包括干渠和与所述干渠连通的至少一个支渠，所述支渠上设置有多个供水闸门，其特征在于，所述智能化管控装置包括：
平衡分析模块，被配置为对目标灌区执行供需平衡分析处理，得到供需平衡关系式；
方案制定模块，被配置为基于所述供需平衡关系式制定所述支渠轮灌计划，所述支渠轮灌计划包括所述多个供水闸门的闸门编组方案；
方案执行模块，被配置为基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作。
7.如权利要求6所述的智能化管控装置，其特征在于，所述计划制定模块包括：
水量计算单元，被配置为根据所述供需平衡关系式确定所述支渠全年的灌溉水量和流量过程；
方案制定单元，被配置为基于闸门群控模型对所述灌溉水量和所述流量过程进行处理，得到所述闸门编组方案。
8.如权利要求6所述的智能化管控装置，其特征在于，还包括：
方案优化模块，被配置为在所述控制执行模块基于所述闸门编组方案对所述多个供水闸门执行开闭操作之前，对所述支渠轮灌计划进行动态调整。
9.如权利要求6～8任一项所述的智能化管控装置，其特征在于，还包括：
效益评估模块，被配置为采集所述灌区灌溉后的多种数据，通过对所述多种数据的分析处理，得到灌溉效益。
10.如权利要求9所述的智能化管控装置，其特征在于，所述多种数据包括所述灌区的墒情数据、地下水位数据、渠道水位数据、渠道剩水量和渠道弃水量中的部分或全部。
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CN116432961A (zh) * 2023-04-14 2023-07-14 上海华维可控农业科技集团股份有限公司 一种基于数字化的水量信息管理系统及方法
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