探讨井灌区地下水位资源动态监测技术.doc

探讨井灌区地下水位资源动态监测技术 1. 行业背景 2000 年的超采量已近100 亿m3，累计超采量逾1000 亿m3，地下水的超采已引发了一系列生态环境问题，如地面沉降、水质污染、咸水入侵等。 如今井灌区农业高效用水的需求对井灌系统的管理提出了新的要求，如灌区用水的实时控制、灌区地下水限量开采、灌区地下水位监测预报、灌区水费管理等，但灌区目前的设备状况与管理手段是无法满足的。虽然在一些井灌区已试行了IC卡水费收取系统，解决了水费收取问题，但却无法对井群进行集中管理、统一调度，因而也就无法实现地下水的均衡开采，更谈不上地下水资源的可持续开发利用。 为保障井灌区农业生产的可持续发展和生态环境的改善，有必要从管理系统入手，研发出适应灌区特点的井群无线自动控制系统。要以井灌区水资源及水环境承载能力评价结果为依据，在井灌区供需水量平衡分析的基础上，开发利用优化调度方法与模式进行了深入研究,并在灌区机井布局、科学调控地下水位、采用井渠结合的灌溉管理技可有效提高灌溉保证率并控制地下水位在合理的埋深范围内。 而与工业领域的自动化不同，农业灌溉自动化要获得推广应用首先必须解决低造价与高可靠性之间的矛盾，同时考虑到使用对象，做到操作简单，维护方便。 2.系统方案设计 2.2 通信组网设计 目前，国内研制的自动控制系统信息(数据)传输基本上采用有线方式，通常执行平衡传输的EIA-485 标准，在不采用中继方式的情况下，可靠传输距离约为1.2km，多数情况下不能满足实际对通讯距离的要求，采用中继方式不仅增加投入，而且管理不便。国内也有利用电话线路采用互联网技术和设备进行灌溉系统的远距离控制，这在技术上比较容易实现，且已有现成设备可用，但受控端要配置计算机设备，不仅设备投入大，还要向电讯部门交纳线路占用费，运行费用高。此外，有线传输还存在维护困难，信号线容易丢失等问题。 我推荐的“灌区小无线自组网”通信控制方式，特别适用于分灌区至机井设备通信测控。而从集中器上传采用GPRS或双工无线电台模块。 灌区小无线自组网：WPRCN无线网络是自组织网络，系统采用可靠的网状拓扑结构，网络最大级数为10级，最多可以容纳1024 个节点。WPRCN 网络是对等网络，每个模块都是相同的，都具有路由功能，没有单独的路由器，施工安装非常简单，真正即插即用，组网过程自动完成，现场无需人工设置参数。 WPRCN网络能够自动优化网络路由, 自动发现与删除节点，对于出现故障的节点，WPRCN 具有自动识别功能，并且能够自动修复路由，使网络处于最佳的通信状态，由于采用网状(mesh)拓扑结构，网络可靠性和抄表成功率都有较高的表现。模块与模块之间的通讯距离达到600-1300m．WPRCN 无线网络有较强穿透能力，距离远，室外网络覆盖半径超过4Km。 3．硬件设备及相关设计 3.1集中器 集中器根据各分灌区机井分布，一般每个分灌设置-2两个。 集中器感器分灌区：水量、雨量、温度等信号。各分灌区自动雨量站，在灌区管理处信息中心安装中心站采集程序后进行联网，就组成了灌区的“全自动雨量监测和速报系统”，对多个自动雨量站的数据集中收集，并建立数据共享页面，供相关人员查询和浏览。 工作电源采用三相四线供电方式，在断一相或两相电压的条件下，交流电源能维持集中器正常工作和通信； 并备有太阳能供电组件，系统供电具有双电源系统配备大容量停电时自动供电支持设备停电的运行时间确保正常有效工作。RS485串行信号流量测量仪表的种类繁多涡街流量计输出信号脉冲电流4～20mA电磁流量计输出信号RS485串行信号超声流量计输出信号RS485/RS232串行信号1000p,10kV）、自恢复保险丝。 在接口板上共有2种电路隔离：模拟量隔离和数字量隔离。 模拟量隔离主要采用线性光偶Agilent公司的HCNR200/201TI公司的LMV321运放电路能够满足以上要求,可以作为HCNR200/201的外围电路。 系统控制软件包运行在Windows平台下，并采用面向对象语言编程。采用数据库软件Access 另外创建数据库，数据库与主系统的连接采用ADO技术。主系统可以实时写入采集到的运行参数到数据库保存，也可以随时访问数据库进行查询、检索并以历史趋势图的方式进行直观显示。 系统软件结构如图4所示，包括5个功能模块：系统设置、实时监测、数据库、预报模型以及帮助系统。 系统设置该模块完成包括灌溉用户名、开关机定时设置、地下水水位允许下限值、允许开采量等参数的设置。参数可根据本软件系统地下水位动态预报模型的预报结果、区域水资源及作物优化配水结果进行设定。 实时监测包括水位、流量的实时监测，水泵实时开关以及对井群运行的计时计费等功能，该模块是系统的核心部分。通过设置系统的巡检方式，可以对系统运行中出现的故障进行记录和