水資源自動化監控系統在阿克蘇地區柯柯牙河灌區工作中的應用

薛　夢

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局　新疆　阿克蘇　843000））

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水資源自動化監控系統在阿克蘇地區柯柯牙河灌區工作中的應用

薛夢

（新疆塔里木河流域阿克蘇管理局新疆阿克蘇843000））

摘要本文以阿克蘇地區柯柯牙河灌區為例，闡述了阿克蘇地區水情測報系統應用現狀及存在的問題，指出建設水資源自動化監控系統的必要性，并且對水資源自動化監控系統的設計和應用進行了論述和探討。

關鍵詞阿克蘇地區；柯柯牙河灌區；水資源；自動化監控系統

1　案例介紹

阿克蘇市位于新疆省西南部，塔里木盆地西北邊緣，灌區灌溉面積15萬畝，灌溉水源為柯柯牙河水及革命大渠水源。灌區內地表水年徑流量為1.83億m3。其中，春季（3月～5月）、夏季（6月～8月）、秋季（9月～11月）、冬季（12月～2月）的來水量分別為0.3239億m3、1.1108億m3、0.3093億m3、0.0860億m3。其中，春、夏、秋、冬四季的來水量分別占河道處來水總量的17.7%、60.7%、16.9%、4.7%。河道的水質較好，礦化度約為400mg/L。但由于河水的含沙量比較大，所以工程的運行和管理問題較多。

2　阿克蘇地區水清測報系統應用現狀

目前，阿克蘇地區新老干渠的監測和配水主要還是由人工完成，水情自動測報系統并不完善。另外，龍口上游也沒有布置防洪預警點，預警措施缺乏，當遇到突發性的洪水時，龍口的引水工程和配水工程常常會遭受比較大的損害。采用人工監測的方法，不僅工作量大、管理效果低，而且風險系數也相對較高。

3　水資源自動化監控系統建設的必要性

在柯柯牙河灌區進行水資源自動化監控系統的建設具有重要意義，通過對現代化的遙測、遙控、遙視技術以及網絡、數據通信技術進行應用，可以實時的了解到河流水資源的動態情況，對關鍵測點的洪水進行提前預警，從而使相關部門及時進行管理，為流域水資源的動態管理以及水資源的合理配置提供科學的管理依據和決策依據。與此同時，在灌區及時推廣自動化監控，可以對灌區的信息化推進工作進行示范，在工程建設方面具有重要的指導意義。

4　自動化監控系統建設的主要內容

一期建設工程由多種部分組成，并且由于業務類型存在各種差異，一期工程又被劃分成了6個子系統，在這些子系統中，工程建設的基礎包括公共網專線通信網絡、光纖網絡、超短波。

1)構成灌區的水情監測網絡的部分也比較多，其中包括渠道斷面水情測報點、洪水預警監測點和渠道水情遙測點。

2)光纖將10個閘門遙測遙控信號與柯柯牙監控中心連接，對閘門的遙測、遙控可以在監控中心進行。

3)光纖將6處遙視信號與柯柯牙監控中心連接起來，對渠系工程狀態的遠程監視工作在監控中心進行。

4)進行監控中心計算機網絡的建設，并將子系統進行整合，查詢和控制B /S與C /S相結合的信息。

5)全面調度與管理整個灌區，與局調度中心展開數據通訊。

6)建設遠程通訊系統，及由光纖、超短波和公網專線混合組網，雙向聯系水情自動測報、閘門自動監控、視頻監視系統與監控中心。

5　水情自動測報系統的設計

5.1水情信息采集系統結構設計

（1）預警點水位、傳輸渠道水位等會被水情遙測站自動采集到，采用測、報、控一體化結構的方式，可以實現存儲的固態特征和數字化傳輸。

（2）水情遙測站的數據信息量較小，用超短波網絡組建與中心站之間的數據傳輸通信網路。

（3）數據接收設備、數據處理、水情預警報與服務等應用軟件組成了中心站，連接了監控系統系統平臺電腦網絡和數據庫系統，實現網絡資源的共享，點到點的上行流程結構是遙測站與中心站共同采用的結構。WEB查詢是中心站內部利用計算機局域網絡實現的，可實現信息共享。

5.2自動化監控系統的功能

5.2.1遙測站功能

水情遙測站可以在惡劣條件下正常開展工作，其主要功能包括：

①自動采集：±1cm水位的變化值能被自動采集；程序設計設置水位采樣間隔；

②定時自報與自動加報：水位數據可以被定時自動報送。測站站號、時間、電池電壓、報文類型等信息都包括在內；如果水位變化量在規定時間內超過了設定值，就能自動加報；程序設計可以控制定時間隔和加報限值；

③自維護功能：定時工況報告、低電壓報警、掉電保護及自動復位等。

5.2.2中心站功能

中心站的建設利用VHF波段超短波通信組網實現遙測站與中心站之間的數據傳輸通信網路，不需要有線連接，站點的建設很容易并且方便搬遷，節約投資資本。其功能要求主要有：

①各遙測站的水情數據可以被實時、定時、批量接收，遙測站工況信息也可以被隨時接收記錄；

②可檢查、糾檢錯、插補、分類接收到的信息，然后將其存入數據庫；

③能遠程設置系統內各遙測站的參數；

圖1　水情數據接收中心站設備組成示意圖

圖2　遙測站設備組合結構示意圖

表1　閘門自動監控站網一覽表

④告警工況報告及超限狀況；

⑤具有全面的服務功能，如水情信息查詢、預警報與發布、數據檢索、圖表顯示及打印輸出等服務功能；

⑥可以維護管理數據庫，實時對信息進行查詢、維護和數據備份，實時維護管理水情、歷史水情、系統運行檔案等各類數據庫，為數據信息的準確與安全提供保障；

⑦與相關部門的信息交換通過計算機網絡實現。

⑧根據需求擴展功能。

5.3水情系統設備配置設計與選型

5.3.1配置中心站設備

水情系統中心站主要配置了計算機、超短波接收設備、通信機電源、中控儀等，如圖1所示。

5.3.2配置遙測站的設備

遙測站水情設備主要由遙測終端、水位傳感器、太陽能電池板、VHF通信設備、天饋線、遙測終端、超聲波水位傳感器等構成，詳見圖2。

5.4水情采集監控系統的應用

NSY- SQ水情應用軟件系統遵循開放式體系結構進行設計，在網絡應用的各個層次都依據標準進行設計和開發。水情自動化系統NSY- SQ按數據服務層、數據業務處理層、人機界面層三層應用模型設計，所有應用軟件（除數據管理子系統）都不直接與數據庫和實時數據庫（RAM庫）發生聯系，所有的數據存取全部通過數據服務子系統完成，從而確保數據庫系統和實時數據庫系統的安全。最上層是NSY- SQ實時數據庫，它是按照關系型數據庫的原理和規范設計和實現的，支持實時系統數據高速存取，支持畫面快速調用；第二層是數據接口聯系模塊，負責所有的數據輸入/輸出；第三層是圖形、報表等各種應用系統，它們無需考慮數據的來源，只需考慮具體的應用。該專用系統軟件共有多個主功能模塊（包括標準模塊和選配模塊），在一主控模塊的控制調度下，分別完成不同的處理功能。

5.5使用GPRS通信通道傳輸信息

在對水資源的信息進行收集的過程中，因為采集點是分散分布的，當使用光纜和電信專線對數據進行傳輸時，導致施工成本增加，并且也增加了施工難度。而使用無線傳輸技術能很好解決此類問題。當前，常見的無線通信方式主要有數傳、擴頻、衛星通信、GSM等方式，在這些無線通信技術中，基于GSM基礎上開發的GPRS技術是最經濟的通信方式，可以利用共享無線信息通信的方式，采用IP Over PPP方式來遠程傳輸和接入數據，使用GPRS無線傳輸方式可以在端到端分組轉移的模式下接收和發送數據，并且不會占用電路交換模式的網絡資源，屬于低成本的數據業務。

6　閘門或機井監控系統的建設

在進行管理的過程中，為了滿足新老干渠工程的管理要求，組建了閘門機井自動監控系統，監控系統主要由遠方監控主站設備、十套閘門啟閉現地控制站、監控軟件、光纜、網絡互連設備、電纜信息傳輸設備等組成。利用該監控系統可以對三個渠道的關鍵配水、引水口、沖沙閘以及渠道沿線的300多個機井設備進行遠程監測。系統運行過程中，主要監控固定螺桿式啟閉機、機井抽水設備等。閘門自動監控站網詳見表1。

在構建系統時，先通過網絡連接機井計算機遠程監控設備和10套渠道進水閘啟閉現地控制站。然后由計算機監控主站和閘門機現地控制站構成閘門系統和機井監控系統，使用以太光纖環網將系統連接好，組成一個完整的監控系統，然后使用機井監控系統控制閘門機井，并提高共享數據的準確性。另外，可以利用上級調度指令對閘門或機井進行遙控開、關。

7　視頻監視系統的應用

視頻監控系統的主要功能是監控工程的安全以及運行狀況，此種方式具有較強的直觀性與全面性[2]。隨著現代化監控技術的高速發展，網絡監控已經成為現階段比較受歡迎的一種監控方式。將視頻監控系統布置在灌區工程中，便于實時準確的監控閘前閘后的灌水、水位的檢測等狀況。可以通過監測系統獲得運行圖像并記錄存檔，除此之外，還可以利用呈現的圖像，提高操作的準確性以及工程運行的安全性。為了實現對整個工程的全面監控，保證設備運行的安全性，需要將水情測報系統和機井監控系統連接起來。同時，為了避免出現設備事故和降低現場值班人員的勞動量，檢修、維護和調試設備的工作必須要做好。

8　應用軟件的應用

應用軟件為系統開發的專用軟件，在管理形式上便于維護，應用軟件分類放在不同的目錄中，并提供應用軟件目錄結構的說明文件。應用軟件采用高級語言或可視化模塊程序設計軟件進行程序設計。為節省系統投資，在設計上保證其無擾動升級能力，并保證應用軟件能被補充或修改，系統硬件升級時軟件能方便地移植，可以自動化的對水情測報系統、閘門/機井監控系統、視頻監視等數據進行收集。此外，軟件會將采集的數據進行數據處理并形成數據庫，以支持系統完成監視、調度、控制和管理，并根據數據庫中的數據對采集的數據進行合理性、有效性檢查，并且按照監視、調度、控制及管理的要求，對采集的數據進行分析計算，并生成相應的數據庫。

9　結語

水資源自動化監控系統為阿克蘇地區在水資源的調度、優化和動態管理方面給予了有力的技術支持，有效地防止了設備事故的發生，降低了設備調試、設備檢修和設備維護的工作量，提高了工作效率。利用視頻監控系統，可以實現灌區水位、灌區設備的不間斷動態監測。管理人員只需要在監控室通過鼠標和鍵盤進行少量的操作，就可以完成整個灌區水資源的監控，勞動強度和工作量顯著降低，甚至達到了無人值守的監控效果。

水資源自動化監控系統的引入使阿克蘇地區流域的管理水平得到了顯著的提升，該系統可以使灌區工作人員更加合理的對水資源進行配置、調度和管理。文章以阿克蘇地區柯柯牙河灌區為背景，對該灌區中水資源自動化監控系統的設計和應用進行了詳細的闡述，以期為該系統在類似工程中的應用提供參考和借鑒。陜西水利

參考文獻：

[1]李冰,殷玉杰.水資源自動化監測系統設計與開發[J].吉林水利,2012,(11): 39～40.

[2]馮才伴,段振國.自動化監控系統在大河水電廠的應用[J].水電站機電技術,2008,(03):88～89.

（責任編輯：李蕊）

中圖分類號：TP29

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