新疆北疆供水工程水情自動化測報系統(tǒng)

摘要：文章對引水供水工程水情自動化測報系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置及功能、主要特點和技術(shù)指標(biāo)等做了介紹和分析，水情自動化測報系統(tǒng)實時監(jiān)測引水工程庫區(qū)、河道、沿渠的水位、雨量等情況，為決策管理提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：供水工程水情；自動化遙測系統(tǒng)；信息化

中圖分類號：TV123 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0121-03

1 工程概況

新疆北疆引水工程的輸水干線是大范圍、大尺度的輸水工程，主要解決以烏魯木齊為中心的天山北坡經(jīng)濟(jì)帶資源性缺水的突出矛盾；解決克拉瑪依油田工業(yè)和城市嚴(yán)重缺水的問題；并在工程沿途適度開發(fā)土地資源，發(fā)展農(nóng)牧業(yè)，促進(jìn)當(dāng)?shù)厝罕娒撠氈赂唬煌ㄟ^工程措施和水資源的優(yōu)化配置，促進(jìn)流域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，改善流域內(nèi)河谷林草、湖泊濕地等水生態(tài)環(huán)境。

工程在東南、西南兩個方向穿越準(zhǔn)葛爾盆地沙漠腹地，沿途人煙稀少，風(fēng)沙噬虐，工程管理十分困難。所以，建立渠道管理自動化監(jiān)測系統(tǒng)是保證工程安全運(yùn)行，提高管理水平的重要手段。它能迅速準(zhǔn)確地傳輸水情信息，為供水調(diào)度管理提供可靠的信息資料。所以，水資源管理自動化監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，是引水工程不可缺少的重要組成部分，具有重要的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 水情自動化系統(tǒng)概況

引水供水工程水情自動測報系統(tǒng)是引水供水工程信息管理系統(tǒng)的主要組成部分。依據(jù)設(shè)計，引水渠道沿線共設(shè)了25個水情遙測站。上述測站分別納入“635”、頂山、三個泉、沙漠、“500”5個管理處進(jìn)行管理，最終由建管局統(tǒng)一調(diào)度。該系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是利用已建設(shè)的通信和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建設(shè)建管局水情自動化測報系統(tǒng)中心站1個，管理處分中心站5個，實現(xiàn)水情監(jiān)測站的自動采集、實時顯示和分析，能夠及時準(zhǔn)確地觀測到渠道水位，雨量等變化情況，確保渠道供水工程的安全性和可靠性。

該工程建設(shè)的主要任務(wù)是在各管理部門實現(xiàn)水位、雨量數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、分析、記錄和顯示，實現(xiàn)無人值班、少人值守的管理模式，以確保主體工程的安全運(yùn)行，保證供水調(diào)度管理的準(zhǔn)確與高效。

3 本工程水情自動測報系統(tǒng)的特點、技術(shù)難點

（1）自然環(huán)境惡劣，對設(shè)備性能要求高。工程地處北疆，橫穿準(zhǔn)噶爾盆地和古爾班通古特沙漠，自然氣候條件十分惡劣，渠首的“635”樞紐處冬季嚴(yán)寒，氣溫可低至-42℃，最大凍土深度可達(dá)2m以上；沙漠段夏季酷暑，高溫可至50℃～60℃，風(fēng)沙活動頻繁。要求水情設(shè)備必須要有高的性能指標(biāo)和可靠性。

（2）監(jiān)測的精度要求較高。本系統(tǒng)為輸水工程，水量的計量關(guān)系到渠道的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是供水調(diào)度的基礎(chǔ)；同時為掌握沿途渠道的滲漏或外水浸入情況保證輸水工程的正常運(yùn)行，要求水位或流量的測量精度在條件許可下使用高精度水位計。

（3）系統(tǒng)的抗干擾能力要強(qiáng)。水位雨量監(jiān)測設(shè)備安裝在野外，該工程部分區(qū)段地處高雷區(qū)、高寒區(qū)，故要求監(jiān)測設(shè)備、采集設(shè)備有良好的防雷電措施，傳輸系統(tǒng)有良好的抗干擾能力。

4 水情自動測報系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置

4.1 管理局（處）調(diào)度中心（分中心）

管理局（處）調(diào)度中心或分中心主要配置為：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、水情工作站、水情網(wǎng)關(guān)機(jī)和相應(yīng)的采集分析處理軟件。

4.2 遙測站

按遙測站功能共采用了5種不同的遙測站24個超聲波單水位雨量站，7個超聲波單水位站，3個浮子、超聲波雙水位雨量站，1個雙浮子、超聲波3水位雨量站；1個壓阻單水位雨量站。

5 水情自動系統(tǒng)遙測站功能

5.1 水情遙測站數(shù)據(jù)采集功能

（1）遙測站自動采集并存儲水情、水質(zhì)等實時數(shù)據(jù)，并按預(yù)先規(guī)定的方式自動向中心站報告；（2）允許實時自報、定時報、自適應(yīng)報和響應(yīng)中心站召測；（3）允許設(shè)置采樣間隔，發(fā)送數(shù)據(jù)間隔長度；（4）允許設(shè)置路由；（5）允許接入多種信號形式的傳感器，支持SDI12、RS485等總線傳輸；（6）支持多種信道，并在相應(yīng)的雙向信道上實現(xiàn)單向傳輸、雙向傳輸；所有參數(shù)允許遠(yuǎn)程設(shè)置。

5.2 水情自動測報系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能

5.2.1 數(shù)據(jù)采集和控制。中心站通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與分中心水情及綜合監(jiān)控系統(tǒng)接口，實現(xiàn)常規(guī)數(shù)據(jù)采集；實現(xiàn)遙測設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，自動監(jiān)測遙測設(shè)備的狀態(tài)，出現(xiàn)故障時自動判斷故障類型，主要判別方式如下：（1）當(dāng)某遙測站在預(yù)先定義的“最大無信號時間”內(nèi)仍未向中心站報告定時自檢信息數(shù)據(jù)時，根據(jù)最近的電壓、充電狀態(tài)判別是否為電源系統(tǒng)故障；（2）電源系統(tǒng)正常時，判別是否為通信線路故障；（3）當(dāng)一切狀態(tài)正常時，遙測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)時，判斷為傳感器故障。

5.2.2 數(shù)據(jù)處理功能。（1）水情數(shù)據(jù)實時計算、處理；（2）實時監(jiān)測數(shù)據(jù)到時段歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理（自動提取出最大值、最小值、平均值等特征量等）。

5.2.3 主要具體的功能：（1）顯示庫水位、庫容量、出庫流量、水庫水溫等實時數(shù)據(jù)；（2）當(dāng)水庫水位達(dá)到警戒水位時，能自動進(jìn)行聲光報警，以提示調(diào)度人員；（3）查詢當(dāng)前和歷史任意年、月、日和任意時刻的水情水文信息；（4）顯示、繪制和打印日、旬、月、年度水情水文信息；（5）報表除可以用定時方式產(chǎn)生，也可用事件觸發(fā)來產(chǎn)生，定時時間點可定義；（6）實時顯示各監(jiān)測點水位過程線；（7）自動和人工建立水位流量關(guān)系曲線。

6 水情自動測報系統(tǒng)性能特點

（1）測報設(shè)備的性能指標(biāo)要求高，數(shù)據(jù)采集器ACS300是NARI水情公司ACS系列數(shù)據(jù)采集器最新產(chǎn)品，也是國內(nèi)唯一完全滿足工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的水情數(shù)據(jù)采集器（工作溫度范圍：-40℃～75℃）能夠滿足惡劣的自然環(huán)境。

（2）水位的測量要求精度高，而采用的超聲波水位計和高精度浮子水位計能夠滿足需求。

（3）水情自動測報系統(tǒng)遙測站組網(wǎng)方式很多，種類包括VHF、PSTN、Inmarsat-C、Ominitracs、北斗衛(wèi)星、CDPD、GSM、GPRS、CDMA等。本工程采用光纖傳輸方式，運(yùn)行費(fèi)用較低，系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高。

（4）高精度浮子水位計最長距離有500m，而SDI-12有效傳輸距離為60m，引額供水工程水位測井離數(shù)據(jù)采集器的距離較遠(yuǎn)，為解決長距離傳輸，需要增加SDI-12/RS485適配器，該適配器將SDI-12信號轉(zhuǎn)換為RS485信號，RS485有效傳輸距離為1200m，能滿足現(xiàn)場長距離傳輸。

（5）超聲波水位計和壓阻式水位計都采用4～20mA模擬量接入方式，傳輸距離最長為1000m，能滿足現(xiàn)場長距離傳輸。

7 水情自動測報系統(tǒng)運(yùn)行效益

通過濟(jì)克渠道水情監(jiān)測系統(tǒng)的實施及試運(yùn)行階段的數(shù)據(jù)分析，證明在高寒地區(qū)對渠道水情進(jìn)行自動化監(jiān)控是可行的。北疆供水工程水情、水質(zhì)測報系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模、技術(shù)的復(fù)雜性在調(diào)水工程中是不多見的；為高寒地區(qū)長距離調(diào)水工程水情、水質(zhì)進(jìn)行自動化監(jiān)控積累了經(jīng)驗。

在系統(tǒng)運(yùn)行的幾年中，水情測報在觀測水量、渠道的安全運(yùn)行狀態(tài)方面，體現(xiàn)以人為本的理念，突破水利行業(yè)傳統(tǒng)測流觀念，把人從頻繁的測流和巡渠工作中解放出來，提高了管理水平、減少了工作人員的勞動強(qiáng)度，使管理人員能有更多時間來學(xué)習(xí)知識，提高管理水平和管理

能力。

水情測報系統(tǒng)在水庫和河道水位、渠道水位、分水點的流量測報中發(fā)揮了重要的作用。做到了統(tǒng)一、科學(xué)調(diào)水、配水、分水，確保了渠道的安全輸水和水庫的安全蓄水。水情測報系統(tǒng)累計觀測總干渠輸水總量22億m3，觀測總干渠向西干渠輸水18億m3，發(fā)揮了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

8 結(jié)語

水情自動測報系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，對引水工程沿線水情進(jìn)行實時監(jiān)控，提高了運(yùn)行管理的科技含量。水情自動化測報系統(tǒng)運(yùn)行可靠，各個站點數(shù)據(jù)采集正常，軟件運(yùn)行穩(wěn)定。實現(xiàn)了水情自動測報的目的，具備了無人值班（少人值守）的條件，是引額供水工程信息化系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分。

引額供水工程的特殊地理環(huán)境和工程本身的重要性，使該工程建成后的運(yùn)行管理將是一項十分重要的工作，建設(shè)一套全面的、完善的、實用的、可靠的引額供水工程信息化系統(tǒng)，對保障工程效益的發(fā)揮具有不可替代的作用，新疆引額供水工程及信息系統(tǒng)的建成將會對烏魯木齊和北疆地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大的意義。

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作者簡介：田新順（1962—），男，河南淅川人，新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局機(jī)械電子工程師，研究方向：電子通訊、通信電源及網(wǎng)絡(luò)傳輸。