水资源自动化监控系统在阿克苏地区柯柯牙河灌区工作中的应用

薛　梦

（新疆塔里木河流域阿克苏管理局　新疆　阿克苏　843000））



水资源自动化监控系统在阿克苏地区柯柯牙河灌区工作中的应用

薛梦

（新疆塔里木河流域阿克苏管理局新疆阿克苏843000））

摘要本文以阿克苏地区柯柯牙河灌区为例，阐述了阿克苏地区水情测报系统应用现状及存在的问题，指出建设水资源自动化监控系统的必要性，并且对水资源自动化监控系统的设计和应用进行了论述和探讨。

关键词阿克苏地区；柯柯牙河灌区；水资源；自动化监控系统

1　案例介绍

阿克苏市位于新疆省西南部，塔里木盆地西北边缘，灌区灌溉面积15万亩，灌溉水源为柯柯牙河水及革命大渠水源。灌区内地表水年径流量为1.83亿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）的来水量分别为0.3239亿m3、1.1108亿m3、0.3093亿m3、0.0860亿m3。其中，春、夏、秋、冬四季的来水量分别占河道处来水总量的17.7%、60.7%、16.9%、4.7%。河道的水质较好，矿化度约为400mg/L。但由于河水的含沙量比较大，所以工程的运行和管理问题较多。

2　阿克苏地区水清测报系统应用现状

目前，阿克苏地区新老干渠的监测和配水主要还是由人工完成，水情自动测报系统并不完善。另外，龙口上游也没有布置防洪预警点，预警措施缺乏，当遇到突发性的洪水时，龙口的引水工程和配水工程常常会遭受比较大的损害。采用人工监测的方法，不仅工作量大、管理效果低，而且风险系数也相对较高。

3　水资源自动化监控系统建设的必要性

在柯柯牙河灌区进行水资源自动化监控系统的建设具有重要意义，通过对现代化的遥测、遥控、遥视技术以及网络、数据通信技术进行应用，可以实时的了解到河流水资源的动态情况，对关键测点的洪水进行提前预警，从而使相关部门及时进行管理，为流域水资源的动态管理以及水资源的合理配置提供科学的管理依据和决策依据。与此同时，在灌区及时推广自动化监控，可以对灌区的信息化推进工作进行示范，在工程建设方面具有重要的指导意义。

4　自动化监控系统建设的主要内容

一期建设工程由多种部分组成，并且由于业务类型存在各种差异，一期工程又被划分成了6个子系统，在这些子系统中，工程建设的基础包括公共网专线通信网络、光纤网络、超短波。

1)构成灌区的水情监测网络的部分也比较多，其中包括渠道断面水情测报点、洪水预警监测点和渠道水情遥测点。

2)光纤将10个闸门遥测遥控信号与柯柯牙监控中心连接，对闸门的遥测、遥控可以在监控中心进行。

3)光纤将6处遥视信号与柯柯牙监控中心连接起来，对渠系工程状态的远程监视工作在监控中心进行。

4)进行监控中心计算机网络的建设，并将子系统进行整合，查询和控制B /S与C /S相结合的信息。

5)全面调度与管理整个灌区，与局调度中心展开数据通讯。

6)建设远程通讯系统，及由光纤、超短波和公网专线混合组网，双向联系水情自动测报、闸门自动监控、视频监视系统与监控中心。

5　水情自动测报系统的设计

5.1水情信息采集系统结构设计

（1）预警点水位、传输渠道水位等会被水情遥测站自动采集到，采用测、报、控一体化结构的方式，可以实现存储的固态特征和数字化传输。

（2）水情遥测站的数据信息量较小，用超短波网络组建与中心站之间的数据传输通信网路。

（3）数据接收设备、数据处理、水情预警报与服务等应用软件组成了中心站，连接了监控系统系统平台电脑网络和数据库系统，实现网络资源的共享，点到点的上行流程结构是遥测站与中心站共同采用的结构。WEB查询是中心站内部利用计算机局域网络实现的，可实现信息共享。

5.2自动化监控系统的功能

5.2.1遥测站功能

水情遥测站可以在恶劣条件下正常开展工作，其主要功能包括：

①自动采集：±1cm水位的变化值能被自动采集；程序设计设置水位采样间隔；

②定时自报与自动加报：水位数据可以被定时自动报送。测站站号、时间、电池电压、报文类型等信息都包括在内；如果水位变化量在规定时间内超过了设定值，就能自动加报；程序设计可以控制定时间隔和加报限值；

③自维护功能：定时工况报告、低电压报警、掉电保护及自动复位等。

5.2.2中心站功能

中心站的建设利用VHF波段超短波通信组网实现遥测站与中心站之间的数据传输通信网路，不需要有线连接，站点的建设很容易并且方便搬迁，节约投资资本。其功能要求主要有：

①各遥测站的水情数据可以被实时、定时、批量接收，遥测站工况信息也可以被随时接收记录；

②可检查、纠检错、插补、分类接收到的信息，然后将其存入数据库；

③能远程设置系统内各遥测站的参数；

图1　水情数据接收中心站设备组成示意图

图2　遥测站设备组合结构示意图

表1　闸门自动监控站网一览表

④告警工况报告及超限状况；

⑤具有全面的服务功能，如水情信息查询、预警报与发布、数据检索、图表显示及打印输出等服务功能；

⑥可以维护管理数据库，实时对信息进行查询、维护和数据备份，实时维护管理水情、历史水情、系统运行档案等各类数据库，为数据信息的准确与安全提供保障；

⑦与相关部门的信息交换通过计算机网络实现。

⑧根据需求扩展功能。

5.3水情系统设备配置设计与选型

5.3.1配置中心站设备

水情系统中心站主要配置了计算机、超短波接收设备、通信机电源、中控仪等，如图1所示。

5.3.2配置遥测站的设备

遥测站水情设备主要由遥测终端、水位传感器、太阳能电池板、VHF通信设备、天馈线、遥测终端、超声波水位传感器等构成，详见图2。

5.4水情采集监控系统的应用

NSY- SQ水情应用软件系统遵循开放式体系结构进行设计，在网络应用的各个层次都依据标准进行设计和开发。水情自动化系统NSY- SQ按数据服务层、数据业务处理层、人机界面层三层应用模型设计，所有应用软件（除数据管理子系统）都不直接与数据库和实时数据库（RAM库）发生联系，所有的数据存取全部通过数据服务子系统完成，从而确保数据库系统和实时数据库系统的安全。最上层是NSY- SQ实时数据库，它是按照关系型数据库的原理和规范设计和实现的，支持实时系统数据高速存取，支持画面快速调用；第二层是数据接口联系模块，负责所有的数据输入/输出；第三层是图形、报表等各种应用系统，它们无需考虑数据的来源，只需考虑具体的应用。该专用系统软件共有多个主功能模块（包括标准模块和选配模块），在一主控模块的控制调度下，分别完成不同的处理功能。

5.5使用GPRS通信通道传输信息

在对水资源的信息进行收集的过程中，因为采集点是分散分布的，当使用光缆和电信专线对数据进行传输时，导致施工成本增加，并且也增加了施工难度。而使用无线传输技术能很好解决此类问题。当前，常见的无线通信方式主要有数传、扩频、卫星通信、GSM等方式，在这些无线通信技术中，基于GSM基础上开发的GPRS技术是最经济的通信方式，可以利用共享无线信息通信的方式，采用IP Over PPP方式来远程传输和接入数据，使用GPRS无线传输方式可以在端到端分组转移的模式下接收和发送数据，并且不会占用电路交换模式的网络资源，属于低成本的数据业务。

6　闸门或机井监控系统的建设

在进行管理的过程中，为了满足新老干渠工程的管理要求，组建了闸门机井自动监控系统，监控系统主要由远方监控主站设备、十套闸门启闭现地控制站、监控软件、光缆、网络互连设备、电缆信息传输设备等组成。利用该监控系统可以对三个渠道的关键配水、引水口、冲沙闸以及渠道沿线的300多个机井设备进行远程监测。系统运行过程中，主要监控固定螺杆式启闭机、机井抽水设备等。闸门自动监控站网详见表1。

在构建系统时，先通过网络连接机井计算机远程监控设备和10套渠道进水闸启闭现地控制站。然后由计算机监控主站和闸门机现地控制站构成闸门系统和机井监控系统，使用以太光纤环网将系统连接好，组成一个完整的监控系统，然后使用机井监控系统控制闸门机井，并提高共享数据的准确性。另外，可以利用上级调度指令对闸门或机井进行遥控开、关。

7　视频监视系统的应用

视频监控系统的主要功能是监控工程的安全以及运行状况，此种方式具有较强的直观性与全面性[2]。随着现代化监控技术的高速发展，网络监控已经成为现阶段比较受欢迎的一种监控方式。将视频监控系统布置在灌区工程中，便于实时准确的监控闸前闸后的灌水、水位的检测等状况。可以通过监测系统获得运行图像并记录存档，除此之外，还可以利用呈现的图像，提高操作的准确性以及工程运行的安全性。为了实现对整个工程的全面监控，保证设备运行的安全性，需要将水情测报系统和机井监控系统连接起来。同时，为了避免出现设备事故和降低现场值班人员的劳动量，检修、维护和调试设备的工作必须要做好。

8　应用软件的应用

应用软件为系统开发的专用软件，在管理形式上便于维护，应用软件分类放在不同的目录中，并提供应用软件目录结构的说明文件。应用软件采用高级语言或可视化模块程序设计软件进行程序设计。为节省系统投资，在设计上保证其无扰动升级能力，并保证应用软件能被补充或修改，系统硬件升级时软件能方便地移植，可以自动化的对水情测报系统、闸门/机井监控系统、视频监视等数据进行收集。此外，软件会将采集的数据进行数据处理并形成数据库，以支持系统完成监视、调度、控制和管理，并根据数据库中的数据对采集的数据进行合理性、有效性检查，并且按照监视、调度、控制及管理的要求，对采集的数据进行分析计算，并生成相应的数据库。

9　结语

水资源自动化监控系统为阿克苏地区在水资源的调度、优化和动态管理方面给予了有力的技术支持，有效地防止了设备事故的发生，降低了设备调试、设备检修和设备维护的工作量，提高了工作效率。利用视频监控系统，可以实现灌区水位、灌区设备的不间断动态监测。管理人员只需要在监控室通过鼠标和键盘进行少量的操作，就可以完成整个灌区水资源的监控，劳动强度和工作量显著降低，甚至达到了无人值守的监控效果。

水资源自动化监控系统的引入使阿克苏地区流域的管理水平得到了显著的提升，该系统可以使灌区工作人员更加合理的对水资源进行配置、调度和管理。文章以阿克苏地区柯柯牙河灌区为背景，对该灌区中水资源自动化监控系统的设计和应用进行了详细的阐述，以期为该系统在类似工程中的应用提供参考和借鉴。陕西水利

参考文献：

[1]李冰,殷玉杰.水资源自动化监测系统设计与开发[J].吉林水利,2012,(11): 39～40.

[2]冯才伴,段振国.自动化监控系统在大河水电厂的应用[J].水电站机电技术,2008,(03):88～89.

（责任编辑：李蕊）

中图分类号：TP29

文献标识码：B