李家河水庫輸水管線監控管理系統淺析

王 歡，于春光

（西安市水利規劃勘測院,陜西 西安 710000）

1 概述

李家河水庫工程位于西安市藍田縣境內,水庫樞紐位于灞河的一級支流輞川河中游河段,距西安市約68 km,距藍田縣城23 km,是解決西安市東部用水緊缺的骨干供水工程之一,輸水渠系工程主要包括總干渠和南、北輸水管線兩部分。南支管設計流量0.15 m3/s~0.1 m3/s,北干管設計流量3.0 m3/s~2.85 m3/s,李家河水庫~黃土嶺段新建總干渠設計流量3.15 m3/s,黃土嶺～將軍圪干塔段改建總干渠設計流量6.55 m3/s,岱峪引水干渠設計流量3.4 m3/s。

1.1 建設目標

以實現對李家河水庫輸水工程的引水流量、水質、水管壓力、閥門、閘門的工作狀況等信息的全自動采集、自動存儲和實時傳輸為重點,并可實現閥門、閘門的遠程操作,以為決策者科學調度水量、全面管理供水工程、提供完整服務為目的,將數據采集技術、現代通信技術、計算機網絡技術、數據庫技術、地理信息技術與水資源管理業務需求緊密結合,建成一個先進實用、高效可靠、自動化程度高的供水監控系統。

1.2 系統組成

系統由通信傳輸、計算機網絡、閘閥監控、遙測采集等子系統組成,各子系統之間分層次的相互支持,組成一個統一的系統。通信傳輸系統是其它系統的基礎支撐,用于承載閘閥監控、遙測采集業務的正常運行,見圖1。

圖1 李家河水庫輸水工程監控系統系統組成圖

2 系統結構

2.1 網絡拓撲

根據西安市李家河水庫工程輸水工程監控系統的建設任務,構建李家河水庫輸水工程監控系統網絡拓撲圖見圖2。

圖2 李家河水庫輸水工程監控系統網絡拓撲圖

2.2 傳輸流程

該系統業務數據傳輸流程見圖3。

圖3 李家河水庫輸水工程監控系統系統業務數據傳輸流程圖

2.3 監測數據及監控點分布

輸水管線監控管理系統監測的數據包括：水位、流量、壓力、水質、閘位、視頻監控。

1）水位監測點：輸水隧洞的水位1 處、引岱干渠水位1 處、總干渠水位5 處、將軍嶺分水閘水位1處、將軍嶺退水閘水位1處、北干進水前池1 處、北干1#調壓池水位1 處、北干2#調壓池水位1 處、南干進水前池1處、南干調壓池水位1 處、藍田供水1#調壓池水位1處、藍田供水2#調壓池水位1 處,共計16 處。前端利用壓力式液位傳感器或雷達水位計將采集數據,通過遙測終端機采用無線GPRS網絡,將數據采用1 收4 發模式,分別發往孟村管理站、水庫調度中心、西安調度中心、云數據中心。其中輸水隧洞的水位1處、將軍嶺分水閘水位1 處、將軍嶺退水閘水位1 處、北干水前池1 處、北干1#調壓池水位1 處、北干2#調壓池水位1 處,共6 處通過閘控系統PLC采集數據,數據通過專用光纜傳輸至孟村管理站。

2）流量監測點：滲金廟輸水洞入口安裝馬巴歇爾量水堰通過遙測終端機無線傳輸,北干在李家溝橋導、新華村檢修閥井、南干調壓池、藍田供水1#、2#調壓池分別安裝超聲波插入式流量計,通過遙測終端機無線傳輸。

3）壓力監測點：北干2#排氣閥井、安村減壓閥井、北干6#排氣閥井、北干11#排氣閥井、北干12#排氣閥井、北干17#排氣閥井、北干23#排氣閥井、北干1#調壓池、北干2#調壓池、南干2#排氣閥井、14#排氣閥井、20#排氣閥井、南干調壓池、藍田供水1#排氣閥井、2#排氣閥井、藍田供水1#、2#調壓池。

4）水質監測點：匯流池和孟村管理站分別安裝溫度、pH值、濁度、溶解氧、電導率、氨氮7 參數水質傳感器,在總干3#檢查井安裝濁度傳感器,5 分鐘監測1 次水質變化情況。水質監控軟件截圖見圖4。

圖4 李家河水庫輸水工程監控系統系統水質監控軟件截圖

5）閘控監測點：在安裝閘門的匯流池輸水隧洞入口閘房、黃土嶺閘房、將軍嶺分水閘、將軍嶺退水閘、北干1#調壓池閘房、北干2#調壓池閘房安裝閘位計和PLC控制柜,并就近接入水位數據。李家河水庫輸水工程監控系統系統閘控監控軟件截圖見圖5。

圖5 李家河水庫輸水工程監控系統系統閘控監控軟件截圖

6）視頻監控點：布設有閘房內、外,各管理站、橋導、渡槽等重點部位共計26 鏡。李家河水庫輸水工程監控系統系統視頻監控軟件截圖見圖6。

圖6 李家河水庫輸水工程監控系統系統視頻監控軟件截圖

3 通訊方式

系統的通訊采用無線和光纖通訊2 種,遙測站均通過無線GPRS傳輸,視頻、閘控數據均通過光纖進行傳輸,傳輸帶寬1000M。

4 供電方式

采用太陽能和市電2 種,有市電處均進行市電和蓄電池進行主備供電,無市電處采用太陽能和蓄電池進行主備供電,蓄電池容量按20 天陰雨天進行設計。

5 數據中心

數據中心初期設置了2 個,孟村管量站和水庫樞紐中心站,由于地處郊縣,電力供應和網絡在運行過程中多次發生斷電、斷網的情況,導致監控系統無法運行,給輸水安全和調度造成了巨大風險,后陸續建設了云數據中心和西安調度中心數據中心,數據的可用性得到了極大提升。

6 系統提升

系統運行過程中,根據運行單位的實際需要,對監控系統軟件進行了多次迭代升級,對關鍵點位的水位、壓力、流量數據設置域值,有數據超域值時進行字體變色和聲音報警；針對監測點過多一屏不能顯示所有監測點信息,對監控界面增加雙分屏設計；為了方便工作人員隨時隨地查看輸水監控數據,開發了李家河水庫手機APP；為了增加巡查人員的巡查效率,及時反饋巡查中發現的工情、險情開發了手機移動巡查系統。

圖7 李家河水庫輸水工程監控系統系統軟件截圖

圖8 李家河水庫輸水工程監控系統系統移動巡查軟件截圖

7 結語

李家河水庫輸水工程監控系統的建設達到了預期的效果,并通過雙電源供電設計、無線有線結合的通訊設計、多中心設計以及軟件程序的不斷迭代,達到現場少人值守、無人值班的同時,成功地掌握了輸水管道的運行狀態,及時發現輸水管線隱患,確保水利工程的安全運行,為城市安全供水和水資源的可持續利用提供有力保障。