丁东良：鄢陵县自动化节水灌溉系统.doc

丁东良：鄢陵县自动化节水灌溉系统

鄢陵县自动化节水灌溉系统

设 计 方 案

河南省松山机电设备有限公司

二Ο一Ο年四月
目录

第一部分 项目建设内容及技术设计方案
第二部分 管网及机井供水系统
第三部分 自动化节水灌溉远程控制系统
第四部分 项目组织和管理

第一部分
项目建设内容及技术设计方案
1.1项目背景
我国是一个农业大国，农业的发达程度直接影响到整个国家的发展水平，加快农业现代化步伐一直是我国经济发展的战略重点。新形势下各级政府把与农村和农民问题密切相关的基地项目建设放在十分重要的位置，力图通过政府支持和政策导向，调整优化农业产业结构，提高农业综合生产能力，实现农业的持续、稳定、协调发展。
简要描述该地的经济状况。
项目区建设将以现代农业高新技术为技术平台，大力培育农业龙头企业，实现以项目区为中心，技术和运作模式不断向周边地区渗透，以点带面，为农业结构调整、妥善解决“三农”问题，推进产业化发展，实现农业现代化起到积极的示范带动作用。
1.2项目建设原则
（1）根据《河南省“十五”水利发展纲要》、参照《水利经济计算规范》、《节水灌溉技术标准选编》，并结合当地水利区划、农业区划及当地政府、群众意见，对项目区进行规划设计。
（2）结合项目区实际情况，因地制宜进行规划，以达到节约投资的目的，尽量少占耕地，降低运行费用，方便管理和经济效益较高。在规划布局时，以单井为单位进行管网工程布置，部分机井相距较近，可将管道串联，互为备用，地形条件许可情况下，把灌区布置在井的四周，使管道输水顺利，减小管长和管径，降低投资；管网布置上要考虑减小对机耕的影响。同时，还应考虑风向影响，尽量使支管垂直风向布置，以及输水与配水管的布置应利于轮灌，使多数喷洒支管长度相同。
（3）结合当地交通便利，地势平坦，地下水埋深较深，肥力基础好，透水性好的特点，以高效农业开发为重点，以提高水资源利用率及产出率为中心，以增加农民收入为目的，以保护生态环境和水资源平衡为目标。
（4）在项目区建设内容上，注意近期与远期相结合，节水与农业现代化相结合，与“十五”节水规划相结合，采用的节水形式要因地制宜，注重实效，操作方便，运行可靠，群众宜接受。
1.3项目建设内容
根据项目区的地形、土壤、农作物、种植结构和耕作方式，项目区工程主要采用固定式喷灌节水灌溉形式。建设面积为210亩，工程形式布置如平面布置图。
1.4 喷灌工程技术设计
对于大田作物小麦等区域选择喷灌系统。
1.4.1 设计依据及相关技术参数确定
1.4.1.1 设计依据
《喷灌工程技术规范》GB/T50085-2007；
《泵站设计规范》GB/T 50265-97；
《机井技术规范》SL/256-2000；
《节水灌溉技术规范》SL/207-98。
5.4.1.2 参数确定
1) 管道系统水利用系数
根据《喷灌工程技术规范》（GB/T50085-2007），管道系统水利用系数取。
2) 田间喷洒水利用系数
根据《喷灌工程技术规范》（GB/T50085-2007）及项目区气候条件，确定。
3) 灌溉水利用系数
（1-9）
式中：—灌溉水利用系数
—管道系统水利用系数；
—田间喷洒水利用系数。
由式1-9计算可得0.833。
1.4.2 喷头选型和布置间距
按照国家标准《喷灌工程技术规范》的规定，选择喷头和确定组合间距。
1、喷头的选择
喷头拟采用ZY-2H型金属摇臂式喷头。其性能参数如下：
喷嘴直径6.0×3.1 mm 工作压力300kpa
喷头射程 18.5m 喷头流量 2.97m3/h
2、喷头间距的确定
除了考虑为施工安装的方便，还应考虑风力的影响，所以初步确定喷头间距α＝18m，支管间距b＝18m。喷头在支管上的布置形式为正方形布置。
3、对所选喷头进行验算：
1）喷灌强度：
参照《喷灌工程设计手册》公式(10—2)
（1-10）
式中：ρs — 无风情况下单喷头全圆喷洒的设计灌溉程度(mm/h)；
q — 喷头流量 (m3 / h)；
R — 喷头射程 ( m )；
经计算：ρs=2.76（mm/h）。
参照《喷灌工程设计手册》公式(10—3)计算：
=6.8（mm/h） （1-11）
式中：ρ—设计喷灌程度( mm / h)；
Cp —布置系数；
Kw —风系数。
参照《喷灌工程设计手册》表(1—11)，(1—12)，项目区允许喷灌强度为 15 mm / h，得出：ρ < [ρ]，满足要求。
2）雾化指标：
（1-12）
式中：Wh—喷灌的雾化指标；
Hp—喷头工作压力水头（m）；
d—喷头主喷嘴直径（m）。
经计算Wh=5100≥4000～5000，满足《喷灌工程技术规范》。
1.4.3 灌溉制度
1、灌水定额：
设计灌水定额由下式计算：
（1-13）
式中：m——设计毛灌水定额（mm）;
γ——土壤容重（kg/cm3）;
H——计划湿润层深度（cm）;
β1——适宜土壤含水量上限;
β2——适宜土壤含水量下限;
β——田间持水量（重量比%）。
根据有关资料，取大田作物喷灌计划湿润层深度h=50cm，项目区土壤容重γ=1.4×10-3kg/cm3，田间持水量为25%（占干土重的百分数），适宜土壤含水率上、下限分别取田间持水量的90%和70%，即βmax=22.5%，βmin=17.5%，喷灌水的综合利用系数η=0.85,计算得设计灌水定额为41.2mm（合27.5m3/亩）灌水水深。取m =42mm（合28m3/亩）。
2、灌水周期
大田作物需水高峰时期的需水强度EP为6.0mm/d，灌水周期可由下式计算：
（1-14）
式中：T——设计灌水周期（d）；
m——设计净灌水定额（mm）；
EP——作物临界期日均需水强度(mm/d)。
设计灌水定额为42mm，计算得作物灌水周期为7d。
3、工作制度
1）设计日喷灌时间

式中：td—设计日灌溉时间（h）
m—设计灌水定额（mm）
S—系统控制面积，m2
Q—系统流量（m3/s）
T—设计灌水天数（d）
—喷洒水利用系数（0.85）
代入数据，计算得出td=13h。
2）喷头在一个工作点上喷洒的时间
（1-15）
式中：t—喷头在工作点上喷洒的时间（h）；
m—设计灌水定额（mm）；
a—喷灌沿支管的布置间距（m）；
b—支管的布置间距（m）；
q－喷头流量（m3/h）；
η—喷洒水利用系数。
由上式计算得:t=5.4（h）。
3）喷头每日可喷洒的工作点数
（1-16）
式中：nd—一天喷洒的工作点数（次）；
td—设计日灌水时间（h）；
t—一个位置工作时间（h）。
经计算nd=2.4，则取nd=2（次）。
4）同时工作喷头数
（1-17）
式中：np—同时工作喷头数（个）；
Np—灌区喷头总数（个）；
nd—每日喷洒的工作点数（h）；
T—设计灌水周期（d）。
经计算知，同时工作喷头数为12个。
1.4.4取水工程规划布置
1、单井控制面积
（1-18）
式中：—单井控制灌溉面积（亩）；
—单井出水量（m3/h）；
—灌水周期（d）；
—灌溉水利用系数
—每天灌水时间（h）；
—灌水定额（m3/亩）。
灌区单井出水量为35m3/h。每天灌水时间t按13h计，灌水周期T为7d，灌溉水有效利用系数η为0.85，则单井控制灌溉面积A=96.7亩。
2、机井数量
喷灌区面积为210亩，单井控制面积96.7亩，则喷灌区需井数为：
n=A总/A （1-19）
式中：n—总井数(眼)；
A总—灌区总面积(亩)；
A—单井控制面积(亩)。
计算可得喷灌区所需机井2.眼便可满足要求。
3、管材选用
对于田间灌溉系统，根据铺设技术简易，施工工期短，质量标准易保证，造价低廉等原则，干、支管均选用低压UPVC塑料硬管，各种管件采用厂家定型配套产品。
4、管径选择
（1）支管管径
管网最不利的运行状态为：位于干管尾部、距离井口最远的支管同时工作，故其支管流量为：
Q支=nqs =12*2.97（m3/h） （1-20）
式中：n—同时工作喷头个数，（个）；
qs—单个喷头额定流量，（m3/h）。
根据《喷灌工程技术规范》，支管能量损失应满足的条件，若暂时按支管局部水头损失hj=10%hf估算，则hf=0.182Hp，通过沿程水头损失计算式经变形后，可得到支管管径计算表达为：
（1-21）
式中：d支—支管管径（mm）；
b—管径指数，取b=4.77；
f—摩阻系数，f=0.948×105；
m—流量指数，m=1.77；
Hp—喷头工作水头（m），Hp=30m；
Q—支管流量（m3/h）；
F—多口系数，查表得F=0.397；
L—支管长度（m），L=63m。
将上述有关数据代入上式可得： d支=36.33（mm）。
则支管选用φ50UPVC管。
（2）干管管径
干管管径按下式选取：
（1-22）
式中：D—干管的经济管径（mm）;

干管Q1—干管设计流量（m3/h），取水泵出水流量Q＝64 m3/h计算；
由上式计算可得：D=104mm。
则干管选用管径为Φ110mm，工作压力为1.0MPa级UPVC管。
5、管网水力计算
1） 干、支管沿程水头损失计算
沿程水头损失计算按《低压管道输水灌溉工程技术规范》（井灌区部分）中的公式计算，如下：
（1-23）
式中：——沿程水头损失(m)；
——管道计算长度(m)；
——沿程水头损失摩阻系数；
——流量(m3/h)；
——流量指数；
——管径指数；
——管径（mm）。
各种管材的f、m、b值见表1-3。
表1-3 各种管材的f、m、b值
管 材
f
m
b
塑 料 管
0.948×105
1.77
4.77
2） 干、支管局部水头损失计算
干、支管局部水头损失根据《低压管道输水灌溉工程技术规范》（井灌区部分）中的公式计算，如下：
（1-24）
式中：——局部水头损失(m)；
——局部水头损失系数；
——管中流速(m3/s)；
——重力加速度，为9.8m/s2。
根据经验，局部水头损失为沿程水头损失的10%左右，为简化计算，可取 。
3） 喷灌系统设计水头
根据《喷灌工程技术规范》规定，设计水头按下式计算：
H=Zd-Zs+hs+hp+∑hf+∑hj （1-25）
式中：H—喷灌系统设计水头（m）;
Zd —典型喷点的地面高程（m）；
Zs—水源水面高程（m），(动水位××m);
Hs—典型喷点的竖管高度（m）；
Hp—典型喷点的工作压力水头（m）;
∑hf—由水泵进水管至典型喷点喷头进口处之间管道的沿程水头损失（m）；
∑hj—由水泵进水管到典型喷点喷头进口处之间管道的局部水头损失（m）；
喷灌系统设计水头H即为水泵设计扬程。
管网水力计算表
机井
计算
管段
Q(m3/h)
D(mm)
L(mm)
HW(m)
Zd-Zs(m)
hs+hp(m)
H(m)
典型井
干管
32
71.4
198
13.7
25
31.5
75.3
支管
11.88
48
63
5.1
4） 管道埋设深度
根据冻土层深度及作物耕作要求，管道埋深取0.6m。
6、机泵选型
根据项目区基本资料及其以上相关计算数据，选用200QJ32-78/6型潜水泵，其性能参数为：Q=32m3/h，H=78m，额定功率11kw，控制器型号DZ15-40。

第二部分
管网及机井供水系统
项目区工程主要采用固定式喷灌节水灌溉形式。灌溉面积为210亩，分八个小区,工程平面布置图如下。

供水系统采用二台水泵并联连接,二台水泵工作程序根据压力进行控制,三台水泵同时工作或者单独工作,第一台泵工作一段时间后如果压力达不到要求,第二台泵自动开启,如果压力达到要求并保持一段时间后开始按倒序停泵,并保持第一台泵进入变频状态,调整频率,电机转速变慢，使总管道总是保持一个恒压状态，当支路管道开启较少时，节约用电，节约用水.
二眼井提供水源,可提高单位时间供水能力, 可提高单位时间灌溉面积,提高生产效率.

第三部分
自动化节水灌溉远程控制系统

3.1 系统概述
目前我国农业的灌溉方式还是采用人工监测和灌溉方式，由于人工土壤水份监测工作采用人工土钻取土，烘干称重的方式，取样比较困难，工作比较繁琐，测量结果人为因素影响较多，测量周期长，对土壤破坏较大。采用自动设备监控土壤水份含量，控制灌溉，可提高测量的准确性和实时性，实施及时定量灌溉，既可以及时补充土壤水份，又能节约用水。是一种即环保又节约的现代农业生产方式。
农田自动化节水灌溉系统是根据我国水资源贫乏及灌溉方式不合理的现状研发的一套节水灌溉系统。该系统在灌区参数里设置各个灌区的作物后，通过调整水泵的供水量，管理设置每种作物最佳的水势范围，并且通过土壤含水量参数的采集，进而在软件界面上进行土壤含水量的实时监视。该系统利用成熟的软件技术实现农田灌溉决策和灌溉用水量的精细、适时灌溉控制，应用于农田供水，达到自动控制、节能降耗的目的，不仅能提高水利资源的利用率,还能促进农业增产增收。
通过传感器实时监测土壤的指定深度水份含量、日照强度、空气温度，把数据存储在FlashSD卡中，并根据设定的土壤水份阈值，结合日照强度和空气温度计算出合理的灌溉时间和灌溉水量，控制灌溉装置实施灌溉，并通过GPRS/GSM无线通信把数据传送到数据中心，数据中心也可以通过无线通信查询实时和历史数据，设置系统工作参数，实施人工控制。
　　全自动化灌溉系统不需要人直接参与，通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参量可以长时间地自动启闭水泵或阀门和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中，除灌水器（喷头、滴头等）、管道、管件及水泵、电机外，还有中央控制器、自动阀、传感器（土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等）及电线等。
在泵房管理中心，只要点一下鼠标或是发个短信，就可以开启水泵或阀门.
为了科学管理,各个灌区的工作状态,运行参数均可实时地传输到市自动化节水灌溉监控中心和省自动化节水灌溉监控中心,在省、市自动化节水灌溉监控中心可对各灌区实施信息查询和控制.
3.2系统构成
　 GPRS自动化灌溉系统主要由中心主控系统（主计算机）、GPRS采集控制终端、电磁阀、田间湿度传感器（可测土壤湿度绝对值）、气象观测站（可测量气温、风向、风速）等设备所组成。操作人员可坐在控制室里，对传上来的气象资料、田间土壤湿度等数据进行综合分析，利用自动方式，足不出户的对整个小区进行灌溉。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个灌溉小区的气象资料、土壤湿度、灌溉设置、灌溉进程、灌水历史记录等数据。
GPRS农业自动化灌溉系统网络结构分为三层，第一层为控制中心由电脑和以太网组成；第二层为GPRS无线采集控制器（RS6011GGPRSRTU），该层和第一层之间无需电缆连接；第三层为传感器采集与电磁阀，所有的传感器与电磁阀和GPRS无线采集控制器只需要用一根电缆连接。下面详细介绍一下本方案。
　　首先我们可以将需要灌溉的区域分成若干个小区，划分的原则为阀门相对集中。每个小区内采用一个GPRS无线采集控制器

图3.1 灌区规划示意图
压力表
远传水表
墒情指示
土壤含水量传感器
喷水口
电磁阀

图3.2 灌溉小区布局示意图

GPRSRTU，通过它与中心控制室通讯；GPRS无线采集控制器再与电磁阀、土壤传感器等连接该套设备只需要很少的电力，可以使用太阳能来供电。这个小区的控制系统无需任何电缆与中心控制室连接。系统总体结构框图如图所示。
省监控中心站
灌区监控中心站
某灌区监控点

GPRS/ADSL宽带/485线

某灌区监控点

某井区监控点

某井区监控点

市监控中心站

图3.3自动化节水灌溉远程控制总系统

　　第一层控制中心：
　　中心采用通过GPRS／GSM网路把室外传感器数据发送到中心计算机，在这里进行灌溉参数设置，及对灌溉情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。通过互联网获取天气信息，有预见性地实施灌溉。
　　建立GPRS中心连接的两种方式：
　　a、中心控制站服务器采用固定IP地址，当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求。
　　b、中心监控站服务器采用动态IP地址（可以申请花生壳软件采用域名的方式），当监控点数量增加，中心不用扩容即可满足需求（适合监控点数在几十个左右的）。
　　第二层GPRS无线采集控制器：
　　① 产品简介：
　　集成采集、无线数据传输、远程控制于一体，将现场传感器的模拟量、开关量、继电器信号通过GPRS无线网络远传至监控中心，实现了由现场采集直达监控中心的一套完整解决方案。可以直接通过各类通用型工业组态软件与远端现场传感器进行数据交流，无须定制驱动。
② 产品功能：
　　◆采集传输控制一体化，提高了系统可靠性，降低了成本；
　　◆配备多种接口资源：包括模拟量采集、开关量采集、脉冲信号输入、继电器输出等；
　　◆支持一路RS232／RS485（符合ModBus协议）方式的用户数据接口，可接入电子式传感器、PLC等各种设备；
　　◆用户可在线远程设置模拟量、开关量、继电器、报警等参数；
　　◆用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；
　　◆继电器可与模拟量、开关量设置报警关联；
　　◆模拟量分时段报警；
　　◆自动定时上报和事件触发上报功能；
　　◆I／O精度12bit，采集误差为千分之二以下；
　　◆采用工业级低功耗高性能的嵌入式处理器；
　　◆内设工业时钟，精确记时；

　　◆内置大容量FLASH存储器，数据自动记录，支持历史数据检索；
　　◆通讯协议完善，组态软件支持，用户免开发；
　　◆板载工业级GSM／GPRS通信模块，方便用户选择GSM／GPRS组网方式；
　　◆提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其他软件连接；
　　◆内置看门狗，工业级设计，稳定可靠，坚固耐用；
　　③ 作用
　　◆具有电压、电流值等直接模拟量输入监测土壤含水量等传感器；
　　◆具有485数字量输入监测EC（电导率）值和pH值的等数字传感器；
　　◆具有开关量输入监测电磁阀状态；
　　◆具有继电器输出远程控制电磁阀；
④ 本系统运用中的优势：
　　a、中心控制室可以控制远在千里之外的阀门。
　　b、在电力无法到达的地方，我们可以采用太阳能供电。
　　c、也可以通过手持遥控器来控制阀门。
　　d、模拟量、开关量高低报警。
3.3、实施方案：
3.3.1监测中心软件设计
1）接收入库
对各监测点自报过来的墒情地下水位雨量信息，自动解析接收入库，并建立报文接收日志，且提供查询功能。
2）数据库管理
可直接对数据库中的墒情数据、雨量数据进行查询和修改，可进行取消数据异地同步、重新同步所有数据。
3.3.2井泵采用变频恒压供水装置
三台水泵并联连接,三台水泵工作程序根据压力进行控制,三台水泵同时工作或者单独工作,第一台泵工作一段时间后如果压力达不到要求,第二台泵自动开启,如果第二台泵工作一段时间后还达不到要求第三台泵开始工作,如果压力达到要求并保持一段时间后开始按倒序停泵,并保持第一台泵进入变频状态,调整频率,电机转速变慢，使总管道总是保持一个恒压状态，当支路管道开启较少时，节约用电，节约用水.
三眼井提供水源,可提高单位时间供水能力, 可提高单位时间灌溉面积,提高生产效率.

3.3.3 土壤含水量的在线检测
采用土壤水分传感器，并通过数据采集器、GPRS模块将检测结果实时（每分钟传送一次）地传送到中心控制室。安装时，在一个区域内设置4～5个检测点，这样可以求出其平均值，以避免由于灌溉不均匀而造成判断错误。同时在灌区内设置少量的雨量检测点和气象站.

图4 信息采集系统
土壤水分传感器
水分传感器是基于介电理论并运用频域测量技术，能够精确测量土壤和其它多孔介质的体积含水量。可与温室环境监测、土壤墒情采集、自动灌溉控制等系统集成，实现水分的长期动态连续监测。

图5 土壤水分传感器
性能指标
· 测量参数：土壤容积含水量
· 单 位：%（m³/m³）
· 量 程：0～100%（m³/m³）
· 精 度：0～50%（m³/m³）范围内为±2%（m³/m³）
· 测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径3cm、长为6cm的圆柱体内
· 稳定时间：通电后约1秒
· 响应时间：响应在1秒内进入稳态过程
· 工作电压：电流输出为12V—24V DC,电压输出为5V DC
· 工作电流：50～70mA，典型值50 mA
· 输出形式：a: 0-5VDC;
             b: 4～20mA;
             c: RS232/RS485网络通讯
· 密封材料：ABS工程塑料
· 探针材料：不锈钢或铜
· 电缆长度：标准长度5m
· 遥测距离：小于1000米
产品特点
1．高稳定性，安装维护操作简便。
2．支撑的材料为环氧树脂，强度和寿命得到保证。
3．密封性好，可长期埋入土壤中使用，且不受腐蚀
4．采用标准的电流环传送技术使其具有抗干扰能力强，传送距离远，测量精度高，响应速度快。
5．土质影响较小，应用地区广泛,价格低廉，适合中国国情。
3.3.3控制节点
在喷灌管道的每一排的节点处安装一个数字电磁阀和一个GPRS模块，当GPRS接收到一个从中控室传送来的控制信号时，电磁阀就自动打开或关闭从而实现自动灌溉。节点的控制信号来自三个方面,一是来自于电脑控制信号,二是来自于手持遥控器的信号,三是来自于手动信号.
3.3.3.1 电磁阀的控制方式
电磁阀的控制方式可以采用三种工作方式，操作人员可以根据具体情况选择其中之一：
① 当接收到从土壤水分传感器送来的信号后，便于系统的设定的参考值进行比较，当土壤水分低于某一值时，发送一个信号给电磁阀使电磁阀打开开始供水进行浇灌， 当土壤水分高于某一值时，发送一个信号给电磁阀使电磁阀关闭停止供水浇灌，
② 当土壤水分低于某一值时，电脑屏幕上警示灯闪烁，同时发出警示声音，操作人员用鼠标点击电脑页面上开关按钮，发送一个信号给电磁阀使电磁阀打开开始供水进行浇灌， 当土壤水分高于某一值时， 电脑屏幕上警示灯闪烁（用颜色区分两种状态），同时发出警示声音，操作人员用鼠标点击电脑页面上开关按钮，发送一个信号给电磁阀使电磁阀关闭停止供水浇灌。
③ 当土壤水分低于某一值时，电脑屏幕上警示灯闪烁，同时发出短信，操作人员根据短信内容，这样工作人员即使不在中控室不须再回到中控室用鼠标点击电脑页面上开关按钮，而是用手持遥控器，随时随地都可以发送一个信号给电磁阀使电磁阀打开开始供水进行浇灌， 当土壤水分高于某一值时， 用同样的方法发送一个信号给电磁阀使电磁阀关闭停止供水浇灌。或者是工作人员在现场根据现场情况随时用遥控器进行控制。
3.3.3.2 地理信息功能
①将整个区域的所有土壤含水量的在线检测点的位置通过GIS定位系统准确地标注在电子地图上，标注点的颜色随土壤含水量而变化，使人一目了然地就可以看到整个区域内的土壤含水量的分布，判断出是发生了旱情还是涝情，为管理者提供决策依据。用鼠标点击每一个点就可以看到各点的含水量的数据。
② 将整个区域的所有机井的位置通过GIS定位系统准确地标注在电子地图上， 标注点的颜色随机井的工况而变化，使人一目了然地就可以看到整个区域内的机井的工作状况，用鼠标点击每一个点就可以看到各个机井的电流、电压和水泵出口的压力。 图6 省级地理信息显示系统

3.3.4 数据处理功能
一 数据存档功能
中心站对采集到的各种数据，按照类型、名称、属性、时序等特征分类，建立各种必须的数据库。
二 数据显示功能
数据显示功能是中心站对采集到的各种数据，按要求以不同的形式进行显示，显示方式为画面、表格、图像等不同形式，并可用颜色和符号表明数据性质。如各种动态的组态画面、报表、曲线、图标等。
三 数据处理功能
数据处理功能是对存放在数据库中的数据，进行最大值、最小值、平均值、前差值、积累值、和其它各种特殊的运算处理、统计分析。经过处理的数据给据需要，生成各类报表、趋势曲线、使用图表，包括即时报表、班报、月报、年报、各类趋势曲线、棒状图等等。
这些报表、曲线、图表可根据需要随时打印成操作日志。
四 报表生成和打印功能
中心站的软件具备报表自动生成和用户定制功能，即操作人员利用系统提供的使用程序，以及WINDOWS EXCEL，通过简单的人机对话，就可以完成报表的制作工作，并具有定时打印和是随时打印的功能。
五 检测和报警功能
① 检测功能
在中心站的显示屏上以组态画面、报表、图像的形式动态显示调度系统的参数。显示屏幕上可以显示当前检测数据，亦可查询方式显示历史数据（趋势曲线）。显示画面，可以通过不同数据量定义不同颜色或数据量值不同定义不同颜色，例如越界数据和报警定义红色、正常数据定义绿色，管线水流定义淡蓝色等等。通过颜色变化、百分比、色标填充等手段增强了画面的可视性和用户的个性化。
② 检测画面
检测画面包括泵站水位图、流量图、报警画面、各类参数趋势图、棒状图等。
在显示屏上的监视画面，还可以通过转换设备将所有画面传送到DLP、投影屏和电子屏上等其它大屏幕设备上显示。
③ 报警功能
当故障、报警、越界发生时，系统自动发出警报，弹出报警画面，并通过声光方式通知值班人员。报警画面不但显示故障点和故障类型，而且还可以按照报警等级做出相关反应，记录故障的信息。
报警信息一般要进行手动确认，超过时间未进行确认，则自动通过短信方式将报警信心传送到相关责任人及部门负责人的手机上。
报警画面与其它显示画面相比，具有更高的优先级。
六 事件处理功能
① 事件提示
当报警、越界、故障等事件发生时，在调度系统的屏幕上（无论当前正在显示何种画面），立即弹出报警窗口，显示事件发生的信息。
② 事件确认
当操作员观察到是事件发生信息时，可以打开事件确认画面，按动确认钮，确认已经知道了事件的发生。若超过时间未进行确认，则自动通过短信方式将事件信息传送到相关责任人及部门负责人的手机上。
③ 事件登录
当事件发生时，将所有的事件按事件顺序排列，都一一记入不可修改的“事件登记薄”，即报警日志。
④ 事件打印
系统上可以设置专用的事件打印机，当事件发生时将事件发生的时间，事件说明在事件打印机上打印出来。
⑤ 事件检索
通过事件检索画面，操作人员可以对已经发生上的事件进行检索、查询和并在打印机上打印出书面文档。
七 系统用户安全性设置
系统应设置不同的操作使用权限（如：系统管理员、中心操作员、网络查询和浏览者）及相应的用户登录及注销界面。操作员交接班必须进行就用户注销及新用户登录操作并保持数据接受及传送的连续性。主控中心应能确认、设置各监控站的操作员工号。
八 系统调度指令功能
系统应能利用本网络和设备对测控终端实现调度指令的发布、回执，并能显示、存储、查询、浏览、打印指令信息（如：时间、工号、指令信息、执行时间等）。指令信息特别时控制指令具有更高的优先级，系统能够通过设置指令属性表区分不同的级别，并且用户可按操作权限自主增减指令信息。

3.4视频监控
通过视频监控，可以看到整个灌区的情况。
田间视频监控具有很多功能， 管理者坐在屋里就可以观察到：田间各个区域的作物生长情况，田间各个区域的劳动生产情况，对于提高劳动生产率，提高管理效率有很好的效果，从经济角度看，每年可以节约可观的资金。

图9 视频监控系统
3.5.系统设计方案的特点
本方案在如下的方面进行了专门设计或具有如下的设计特点：
3.5.1稳定性
1）土壤传感器采用防水、防冻措施、线缆使用专业的水工程；一致性好、线性变化明显、安装实施经验丰富，传感器运行稳定。
2）免维修电池，可在—40℃以上低温工作，过放到0V可恢复，在暴雨等恶劣天气条件下系统长期可靠地工作；接受中心供电采用UPS稳压措施，确保系统供电的稳定性；
3）测站通讯组采用GPRS/GSM公网，以年为单位交GPRS/GSM运营费，大大提供通信传输的稳定性。
4）野外监测设备采用防水、防静电的野外控制箱，尽量减少自然环境设备正常运行的影响。
5）监测软件对设备进行远程管理、状态查询、电压统计、故障警告，有些问题在监测站还没停止运行前就及时发现，及时维护，提高系统的稳定性。
6）制定合理的管理、维护制度，减少人为的因素影响系统正常运行。
7）中心与测站采取有效地防雷措施提高设备的稳定性。
8）测站设计尽量靠近管理人员或住家户，处于有人看管无人职守的运行状态。
9）各类硬件设备有一定数量的备品、备件；应用软件、各类数据文件等软件资源要有足够的备份。
10）电源、信号入出口均有保护措施，并与主控电路隔离。通信、采集等环节采用容错技术，减少系统单一的故障点，增强系统可靠性。
11）产品的研制、生产、检验严格按照ISO9001质量体系标准进行。
3.5.2针对特殊的工作环境的设计
1）在土壤水分传感器中填充了防冻、防水材料，使传感器适应温度达到：—35—50℃.在传感器腔体安装防护套管，消弱了深土对传感器的压强和土壤收缩力的破坏。
2）土壤水土传感器埋置上方要采取防护措施，防止耕种、牲畜破坏。RTU工作温度达到：—35—70℃，相对湿度小于95%（40℃）。
3）雨量传感器：工作环境，工作环境湿度：95%^RH,40（凝露）。
4）免维护电池：工作环境达到：
5）野外固定土壤墒情站点尽量靠近工作人员、或住户，设备尽量放在架杆高处，线缆从杆中引线，避免偷盗。
3.5.3扩展性
应用扩展：使用测站GPRS通信方式，分中心使用1个TCP/IP协议接收数据，站点和接收中数量可扩展到254个；分中心使用1个GSM通信模块传输数据，测站数量扩展不超过80个不会出现阻塞。一个分中心可接收多个遥测系统类型数据，分中心软件、用户端软件站点可扩展。数据转发、接收可定义扩展。
设备接入能力扩展：最大接入8路墒情，可接入雨量、水文、风速风向、温度湿度、辐射、气压、温度和蒸发量等传感器。
3.5.4兼容性
为了对系统进行修改、补充和不断完善，接收监控软件采用开放式的结构设计，使系统在具有可扩充性的软硬件环境下，能在运行过程中不断地添加新的操作功能和加入新的信息。如：添加水情信息接收监控、报文生成模块、更换站点、通信方式、率定公式、数据同步不同数据库平台等设置功能和站点编辑。
与旱情统计上级程序库兼容、与水利部旱情信息管理应用软件兼容、采用标准数据与水文数据库兼容、可接收水情遥测数据和旱情试验数据；兼容多种通信方式GSM、GPRS、PSTN和TCP/IP通信方式。
3.5.5安全性
接收监控软件通过对操作员的身份鉴别实现系统配置，遥测设备不支持非接收中心SIM卡设置，网络通过防火墙或防病毒软件确保了系统运行的安全性。
在运行过程中，通过两方面对系统进行安全性管理：通信安全性与系统控制安全性。其中GSM通信安全性指通信抗干扰能力强、信噪比高、误码率低等内容；系统控制安全性是对控制软件设置加密手段，通过操作权限，以保障系统的安全运行。
1）设备自身运行安全措施
l 接线从杆体内部走线，起到了防雷屏蔽和安全的作用；
l 避雷针和接地体与电杆内部所以钢筋焊接，作为导线，或者使用金属杆作为引导体，起到防锈、防腐蚀的作用；
l 用混凝土浇注固体杆体，防止了杆体倾斜；
l 使用防静电密封箱子，有防潮、防水的作用，很好地保护了设备性能。
2）外界因素安全措施
l 遥测站采用单杆体，降低被破坏系数；
l 如有恶劣的自然气候，要委托人员加以看护；
委托站点附近人员对站点设施设备的管理，防止人为破坏和偷盗事故的发生，保持设备安全。

第四部分
项目组织和管理
4.1 建设组织结构
节水灌溉工程是一项系统工程，能否把项目区建成高标准、高质量、高效益的节水灌溉工程，在全县起到示范、辐射作用，加强组织领导，落实目标责任是其关键所在。为了加强节水工程的科学管理，提高经济效益，保证设备的安全运行，最大限度的发挥工程效益，就要按照社会主义市场经济体制及小型水利工程产权制度改革的要求，结合本地实际，建立起产权明晰、责权明确、管理科学的管理运行机制。
高效节水灌溉示范项目工程管理，要明确各级项目分管人员责任及工作职责，落实项目管理责任制，项目区成立项目领导小组，并成立项目办公室。
领导小组主要职责是：全面负责项目规划，年度计划的审定申报，资金的筹措；各部门间的关系协调以及项目实施中的组织、领导工作。
项目办公室的主要职责是：负责项目规划和实施方案的编制，工程勘测、设计、施工组织、实施并在工程实施过程中建立相关档案，为下步测算各经济技术指标打下良好的基础，以便跟踪服务和指导。
为保证工程质量，工程施工应由专业公司负责实施，实行施工、供料、安装、调试、技术培训一体化管理，以确保工程保质保量按期完成，早日发挥工程效益。
4.2 建设管理
4.2.1 组织管理
节水灌溉工程属技术密集型小型农田水利工程，其标准高、技术性强，从工程的规划到施工、运行都有严格的技术规范。为确保项目建设进度和工程质量，使该项目尽快发挥良好的经济效益和社会效益，项目建设要积极推行“三制”。一是项目法人制，按有关文件规定组建项目法人单位，主要负责整个工程运作的法人事宜；二是招投标制，由法人单位组织工程施工招标，招