鸭河口灌区量测水系统智能化建设方案

2021-08-06任晓蕾任泽垠任士博

河南水利与南水北调 2021年5期

任晓蕾，任泽垠，2，任士博

(1.河南灵捷水利勘测设计研究有限公司,河南南阳 473003；2.南阳市水利建筑勘测设计院, 河南南阳 473003；3.南阳市卧龙区水利局水土保持监督站,河南南阳 473007)

1 灌区概况

鸭河口灌区是河南省最大的水库自流灌区，系全国十大灌区之一。灌区涉及的耕地面积17.22万hm2，水源工程为鸭河口水库，灌区分白桐灌区和鸭东灌区两大区域，灌区效益南阳市的宛城区、新野县、唐河县、方城县、社旗县、官庄工区、高新区、南阳市城乡一体化示范区8县区35个乡镇办、543个乡村，人口162.87万人。灌区设计灌溉面积15.87万hm2。

全灌区共布置干渠2条、总长85.96 km，分干渠8条(其中白桐灌区5条，鸭东灌区3条)、总长200.59 km，支渠98条、总长751.67 km，布置各类建筑物3 918座，其中干渠732座，分干渠1 104座，支渠2 082座。

2 建设方案

2.1 系统构成

鸭河口灌区量测水系统划分为信息采集与监控、信息传输、数据存储与管理、应用服务、信息化软件系统等。

2.2 主要功能

2.2.1 信息采集与监控

信息采集与监控系统，是采集与监控各类水利监测信息的基础设施，主要包括水位信息监测系统、流量信息监测系统、闸门远程控制系统、闸位信息监测系统、视频监视系统、气象信息监测系统、墒情信息监测系统、雨情信息监测系统，也包括人工录入采集，均利用通信网络传输。

2.2.2 信息传输

根据鸭河口灌区的应用范围、重要性和安全性要求，通信网络系统在已有基础上进行扩展建设，在白桐干渠上白条河管理所至殷庄管理所建设光缆通信。

2.2.3 数据存储与管理

数据存储与管理，为量测水信息化系统提供基础的硬件支撑环境，包括支撑各类应用运行和各类数据存储的服务器、存储、备份、显示等。硬件设施的设计和建设，要根据业务应用的需求进行建设或在已有硬件设施之上进行扩充。为灌区应用提供数据访问、数据存储、数据备份等各项数据管理服务。

2.2.4 应用服务

提供统一的技术架构和运行环境，为灌区系统建设提供通用应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。应用服务划分为用户管理与认证服务、数据访问与数据交换服务、GIS服务、灌区业务应用服务。

2.2.5 信息化软件平台系统

根据灌区管理划分为灌区可视化集中展示系统和灌区管理一张图系统。

2.3 系统配置

2.3.1 灌区管理单位

信息中心会商室采用先进的LCD显示技术，完美呈现灌区现场视频图像、水情数据和综合信息，为技术会议提供高质量的显示效果。建设远程视频会议系统及视频会议MSTP专网用于与南阳市水行政单位、水库运管单位对接，实现远程视频会议会商。

鸭河口灌区的白桐、鸭东管理站及直属管理所设信息管理设备、网络设备、显示设备和办公设备。宛城区汉冢水管所增加系统显示单元、网络设备和办公设备，用以监测监控白桐干渠七支渠示范区内的水情数据信息、视频监控信息、远程闸控信息、闸门运行情况等，打造灌区节水灌溉、水价改革的高标准农业示范区。

在鸭东干渠管理站建设定点枪机7处，用于院内安全防护监控；在灌溉实验站建设动点球机5处，定点枪机4处，生产区球机6处；在汉冢水管所建设动点球机3处。

2.3.2 电子水尺水位监测及水情监测拍照系统

鸭河口灌区支斗渠精准量水，建设传感器记录水位，利用4G网络把记录的水位信息发送给信息中心进行数据处理。针对鸭河口灌区的支斗渠特点，梯形渠道建设巴歇尔槽及电子水尺利用巴歇尔槽量水公式进行流量计算。斗渠矩形渠道用电子水尺测量水位，根据水位流量关系曲线计算流量。斗农渠U形渠道设直壁式量水槽及电子水尺监测水位，利用量水槽量水公式进行流量计算。用磁致伸缩式电子水尺测站，通过自动测报设备将当前水位信息直接发往信息中心进行存储和显示。

渠道精准量水通过建设传感器记录过水流量，通过4G网络把记录的水位信息发送给信息中心进行数据处理。建设通信模块、雷达水位计、工业摄像机、太阳能电池板、蓄电池等水情监测拍照测站，通过自动测报设备将当地的水位信息直接发往信息中心显示和存储。

2.3.3 雷达流量监测及闸门远程控制系统

渠道精准量水是在干支渠节制闸、分水闸、进水闸处建设雷达流量计记录水位、流量数据；在白桐干渠三支渠月季园有两处景观池供水管道，建设管道流量计记录供水量，通过4G网络把记录的流量信息发送给信息中心进行数据处理。

建设通信模块、雷达水位流量计一体机、太阳能电池板、蓄电池等雷达流量测站，通过自动测报设备将该处的水位、流量信息直接发往信息中心进行显示和存储。

闸门远程控制系统主要通过现地或远程控制闸门启闭，监测闸门启闭状态与开度，能够在监控中心或管理站远程控制闸门启闭，通过视频传输实时图像可以了解闸门运行工况以及周边环境。闸门监控站结构如图1所示。通信是远程监控系统的关键，典型的三层架构，把一套系统分为闸控现场、管理站工作站、远程工作站。闸控现场与管理站工作站通信采用有线传输方式，为减少雷电等外部干扰，减少信号衰减的影响。管理站工作站与远程工作站通信方式有多种，如无线专网、VPN。

图1 闸门监控站系统结构图

闸位信息监测系统设计主要实现闸位信息高度监测。闸位信息监测系统以“实时闸门量水、无人值守”为设计原则，综合运用传感技术、自动化控制技术、计算机软硬件技术等，设计一套闸位信息自动监测系统；闸位信息监测系统的设计实现数据采集、闸门量水、启闭高度及远程通信等功能。

2.3.4 视频监控系统

视频监控系统主要由前端设备、传输设备、控制设备、记录及监控设备四大部分组成。前端设备由彩色摄像机、全方位云台、变焦镜头和防护设备组成；传输设备用光缆或无线方式和接口设备将信号传输到信息中心硬盘录像机上；控制设备负责完成前端设备和图像的切换控制、全方位云台和三维可变镜头的控制，并对监控图像进行分区控制和分组同步控制，借助软件还可以提供图像检索和处理功能；显示设备采用模拟监控器显示方式。

2.3.5 气象墒情雨情信息监测系统

气象信息的采集主要采用温度、湿度、气压、降雨量、蒸发传感器。气象站安装于室外，通过气象站各种传感器与数据采集终端相连，实现气象信息的实时自动监测。

墒情监测采用一体化墒情仪。它集成供电系统、传输系统及传感器于一体。墒情遥测终端机将采集数据，通过自带的通信模块，将数据发送到信息中心，最终将合理数据存储到数据库中，为系统所使用。

雨情数据用以作为配水调度、防汛抗旱等的控灌基础数据，从而调节田间灌溉水量，为灌区防汛抗旱提供辅助信息。雨情信息的采集主要采用翻斗式雨量传感器；通过雨情传感器与数据采集终端相连，数据采集终端采集的信息量进行处理，实现雨情信息的实时自动监测。通过通信模块(RJ-45、GSM、超短波电台、GPRS/4G设备)，将数据发送到信息中心接收设备，为应用系统使用。

2.3.6 通信网络

在灌区管理局信息中心建立数据传输业务平台，对远程控制、实时采集数据提供传输通道，为灌区应用子系统建立网络应用平台。管理单位人员查询水情、水位、流量、闸门或视频数据有两种方式：一是有一台连接互联网的电脑，通过网页输入数据中心固定IP+软件平台的端口号的方式登录查询，只要输入用户名和密码就可以查询水情、水位等数据；二是有一部连接网络安装APP平台软件的智能手机，输入数据中心固定IP+对应的数据端口号，在输入用户名和密码就可以查询历史数据或水情、雨情等数据。

2.3.7 灌区应用系统

总体框架：软件系统采用微软主流技术路线，后台数据库采用Oracle 11G，开发语言采用java语言，开发环境为MyEclipseEnterprise Workbench，前台表现层采用目前在互联网方向主推的html5+css+js技术。

灌区可视化集中展示系统：是将灌区各类统计分析数据以图形或图表的形式进行统一展示，分析灌区关键部位的数据采集监测情况、引供水量情况、水费征收情况和防汛抗旱情况等，为灌区的管理决策提供快速的数据支持。

灌区管理一张图系统：灌区管理一张图系统是以二、三维电子地图为展示媒介，将灌区工程台账信息、巡检信息、监测信息、配水调度信息、水量计算信息等数据赋予空间维度，更加形象直观地进行展示，方便各级工作人员及时掌握灌区运行管理情况。主要包括：灌区概况、工程管理、实时监视、用水管理、防汛预警。

3 技术方案特点

量测水系统建设以精准计量、科学调度与全面提高灌区现代化管理水平为目标，主要特点如下：通过科学合理地设计，最大限度地采用成熟、可继承、具备发展前景的先进技术，具有先进性。系统的实用性和可操作性是首要考虑的因素，充分利用现有资源，坚持实用性为主的原则，满足各项需求，具备实用性。采用全中文、图形化软件实现整个系统管理与维护，自动检测系统中任何一台设备的运行状态，并展示出详细参数，以辅助管理人员及时准确地判断和解决问题，具有方便性。在统一的开放标准下建设系统，使之结构化、模块化和标准化，具有开放性。