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水位傳感器幫助澳大利亞灌溉
墨累-達(dá)令河流域地圖
圖1墨累-達(dá)令盆地覆蓋了澳大利亞14%的土地。它是澳大利亞最重要的環(huán)境和農(nóng)業(yè)資產(chǎn)。
阿爾伯里的休姆堰
圖2千年干旱期間阿爾伯里的休姆堰。這些條件促使大量公共投資用于灌溉自動(dòng)化。
灌溉管理在澳大利亞是一項(xiàng)嚴(yán)肅的工作，尤其是在墨累-達(dá)令盆地（Murray Darling Basin）內(nèi)，該流域面積達(dá)100萬(wàn)平方公里，是澳大利亞最高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)用地。該流域的23條河流擁有世界上流量最低、變化最大的河流。一個(gè)由大壩、湖泊和運(yùn)河組成的龐大系統(tǒng)儲(chǔ)存著來(lái)自山區(qū)融雪和季節(jié)性降雨的水，并在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)將其分配給農(nóng)場(chǎng)和社區(qū)。
默里-達(dá)令流域自20世紀(jì)60年代以來(lái)一直面臨壓力，但上世紀(jì)90年代的一系列環(huán)境和經(jīng)濟(jì)危機(jī)為改變水資源管理方式創(chuàng)造了動(dòng)力。1991年，默里河上1000公里長(zhǎng)的藍(lán)綠藻爆發(fā)，成為與河流流量減少相關(guān)的環(huán)境壓力的生動(dòng)象征。流量減少威脅著整個(gè)流域的敏感濕地、受保護(hù)物種和鹽度水平。水資源短缺威脅著每個(gè)人，包括農(nóng)場(chǎng)、工業(yè)、城市和旅游業(yè)。
澳大利亞的回應(yīng)是有史以來(lái)最全面的水管理改革之一。默里-達(dá)令管理局成立于2007年，旨在制定首個(gè)跨境水資源管理計(jì)劃。2012年，默里-達(dá)令盆地計(jì)劃成為法律。一旦實(shí)施，該計(jì)劃將使2750千兆升的地表水返回到環(huán)境中。2012年又撥款17億美元，為環(huán)境提供額外的450億升。總共有3200億公升將以兩種基本方式提供：（1）從流域一端到另一端的灌溉基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化和自動(dòng)化；（2）政府授權(quán)代表環(huán)境進(jìn)行選擇性水權(quán)購(gòu)買。
默里灌溉作業(yè)區(qū)
圖3：默里灌溉管理著新南威爾士州默里河上游3000公里的地面灌溉渠道。（點(diǎn)擊放大）
憎惡輪
圖4:Dethridge wheels通過(guò)計(jì)算每個(gè)月手動(dòng)讀取的機(jī)械計(jì)數(shù)器的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)測(cè)量用水量。它們正被現(xiàn)代數(shù)字水表所取代。
默里灌溉公司是澳大利亞最大的私營(yíng)灌溉公司，負(fù)責(zé)管理新南威爾士州東南部默里河上游的灌溉。他們的系統(tǒng)通過(guò)近3000公里的重力灌溉渠道，向2300多個(gè)農(nóng)場(chǎng)分配水，這些農(nóng)場(chǎng)占地約75萬(wàn)公頃。這個(gè)高產(chǎn)農(nóng)業(yè)區(qū)也經(jīng)歷了干旱危機(jī)。最近的一次重大旱災(zāi)，即2005年至2009年的“千年干旱”，導(dǎo)致向農(nóng)場(chǎng)供水量減少了63%，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到嚴(yán)重破壞。
管理這個(gè)有幾十年歷史的灌溉系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。農(nóng)場(chǎng)客戶要求根據(jù)天氣、作物成熟度、土壤條件和其他因素進(jìn)行季節(jié)性配水。為了協(xié)調(diào)用水，必須提前7天下訂單，但在7天內(nèi)，農(nóng)田里的很多東西都會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)水面渠道的蜘蛛網(wǎng)輸送水是一個(gè)復(fù)雜的人工過(guò)程。每個(gè)渠道的水位和排水量必須保持平衡，以便每個(gè)客戶都能得到他們的配水量，而不管他們?cè)谂渌到y(tǒng)中的位置如何。默里灌溉公司必須在日常的基礎(chǔ)上平衡2300個(gè)農(nóng)場(chǎng)的需求以及工業(yè)和市政客戶的需求，同時(shí)在大默里-達(dá)令盆地計(jì)劃中保持默里的分配。
歷史上，該系統(tǒng)是通過(guò)渠道控制閘門和機(jī)械水表系統(tǒng)手動(dòng)管理的。灌溉工作人員將前往河道控制點(diǎn)，將閘門抬高一定高度，持續(xù)一定時(shí)間，將水排放到下游渠道。在3000公里長(zhǎng)的水渠中，幾十個(gè)人將試圖協(xié)調(diào)水位，以便每個(gè)農(nóng)場(chǎng)客戶在需要時(shí)都能收到他們要求的配水。客戶用水通常是用機(jī)械儀表測(cè)量的，必須定期檢查這些儀表以監(jiān)測(cè)用水量。大量的應(yīng)急放水是必要的，以確保終端用戶獲得他們有權(quán)獲得的水量，并有足夠的流量，以使一致的田間灌溉成為可能。該系統(tǒng)勞動(dòng)密集型，不精確，但只要水資源充足，就具有成本效益。在毀滅性的干旱和日常缺水的情況下，一個(gè)更有效的系統(tǒng)至關(guān)重要。
具有遠(yuǎn)程電源和通信功能的現(xiàn)代化橋門
圖5：帶遠(yuǎn)程電源和通信的現(xiàn)代化橋門。一個(gè)強(qiáng)聲遠(yuǎn)程14超聲波傳感器安裝在閘門旁邊的消力管頂部。
2013年，默里灌溉公司開始了他們的私人灌溉基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃（PIIOP），目標(biāo)是減少近3000公里河道長(zhǎng)度的配水損失。1.692億美元的PIIOP被稱為“實(shí)現(xiàn)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施和供應(yīng)系統(tǒng)現(xiàn)代化的千載難逢的機(jī)遇”，旨在“造福于我們所有的灌溉客戶，并為我們客戶的農(nóng)場(chǎng)業(yè)務(wù)提供更高的用水效率和生產(chǎn)力。”該項(xiàng)目要求升級(jí)2個(gè)以上，200個(gè)水表和1300多個(gè)調(diào)節(jié)通道結(jié)構(gòu)，并通過(guò)增強(qiáng)的遙測(cè)和SCADA系統(tǒng)集成這些設(shè)備。
Senix ToughSonic REMOTE 14超聲波傳感器提供實(shí)時(shí)水位測(cè)量，以指導(dǎo)新系統(tǒng)中的自主和半自治通道控制結(jié)構(gòu)。自2013年開工以來(lái)，已經(jīng)更換了1000多個(gè)灌溉控制點(diǎn)。在這個(gè)項(xiàng)目的下一階段，大約1200個(gè)通道控制點(diǎn)將被傳感器驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)閘門所取代，這些閘門使用的是強(qiáng)聲水位傳感器。
默里灌溉公司正在實(shí)施兩個(gè)級(jí)別的系統(tǒng)自動(dòng)化。在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)水平（SLOS）地區(qū)，灌溉控制點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制的。安裝在每個(gè)閘門附近的強(qiáng)聲超聲波傳感器為默里的SCADA系統(tǒng)提供水位測(cè)量數(shù)據(jù)。控制中心操作員監(jiān)控渠道水位和水位命令，并根據(jù)已知的時(shí)間和體積參數(shù)發(fā)出遠(yuǎn)程閘門移動(dòng)命令以釋放水。該系統(tǒng)準(zhǔn)確、響應(yīng)迅速，農(nóng)民可以每12小時(shí)更改一次水單。
在高服務(wù)水平（HLOS）地區(qū)，灌溉控制點(diǎn)是根據(jù)既定參數(shù)自動(dòng)控制的。灌溉用戶在線提交水單，灌溉管理系統(tǒng)發(fā)布閘門操縱命令。該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)來(lái)自超聲波水位傳感器和其他傳感器輸入的水位數(shù)據(jù)，以確定供水量。HLOS系統(tǒng)允許灌溉客戶在系統(tǒng)總流量允許的情況下每天訂購(gòu)四次水。
在這兩個(gè)服務(wù)區(qū)，水的分配都是精確的，而且不需要大量且可能造成浪費(fèi)的應(yīng)急排放。農(nóng)民受益于更短的交付周期和更穩(wěn)定的流量，使他們能夠更精確地給作物澆水，減少總耗水量，并保持作物的健康產(chǎn)量。
強(qiáng)聲14超聲波傳感器
圖6：Senix ToughSonic REMOTE 14安裝在世界各地的灌溉自動(dòng)化系統(tǒng)中。
Senix改進(jìn)了ToughSonic 14傳感器，以減少能耗，并在雷暴期間改善電涌保護(hù)。墨累灌溉的改進(jìn)后來(lái)被整合到最近發(fā)布的ToughSonic遙感器產(chǎn)品線中。Senix創(chuàng)始人兼總裁Doug Boehm說(shuō)：“我們現(xiàn)在還為洪水管理客戶提供遠(yuǎn)程版本的ToughSonic 30和ToughSonic 50傳感器，例如用于愛(ài)荷華州洪水預(yù)警系統(tǒng)和菲律賓海嘯預(yù)警系統(tǒng)的傳感器。”。“當(dāng)我們收到來(lái)自Murray灌溉公司的第一份改裝ToughSonic 14傳感器的訂單時(shí)，我們決定正式將其作為我們ToughSonic遠(yuǎn)程產(chǎn)品線的第一個(gè)型號(hào)。”
氣候變化加上人口增長(zhǎng)，正在世界許多地區(qū)造成嚴(yán)重的干旱。澳大利亞正在通過(guò)有效的政策改革和在灌溉自動(dòng)化技術(shù)方面的重大投資來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
水資源越寶貴，就越需要小心管理。默里灌溉公司正在實(shí)施世界上最先進(jìn)的灌溉分配系統(tǒng)之一，采用最先進(jìn)的傳感器、閘門和SCADA技術(shù)，所有這些都旨在減少浪費(fèi)和改善客戶服務(wù)。來(lái)自世界各地的灌溉官員正在參觀默里-達(dá)令盆地，了解灌溉政策和灌溉自動(dòng)化的未來(lái)。 |
