基于渠道流量远程预警预报装置的设计

张建设

（甘肃省疏勒河流域水资源利用中心,甘肃 瓜州 736100）

疏勒河双塔灌区北干渠全长35.4 km,设计流量11.57 m3/s,主要承担着为下游瓜州县瓜州镇、西湖镇2 镇12 个行政村、2 个国营农场分场、3 个农业综合开发区、7 个集体农、林、场（站）的21.2225 万亩农田和城镇绿化的供水。北干渠三分闸作为重要的分水枢纽和调水工程,在灌区灌溉管理和工程运行中发挥着举足轻重的作用,三分闸位于北干渠13+500 处,主要承揽着向北干渠下游渠道输水和西湖输水渠的输水调水任务,三分闸闸前水位的平稳及及时调整是下游灌区用水稳定的基本保证。近几年,由于段站的合并和单位用人机制的改革,原本蹲守在闸房的值班人员陆陆续续回归与撤离,使得三分闸及西湖输水渠底闸的夜间运行成为石岗墩管理段的工作重点和安全关节点,夜间闸房的无人值守致使三分闸存在一定安全隐患。为了有效预警、预报渠道水情,及时发现水量变化,结合运行实际分析总结经验,探索研究一种能够实时监测渠道水位变化的装置,在出现较大水位变化或超出设定水位数值时能够自动反馈信息至手机或其他终端的报警系统装置,从而使得管理人员马上发现渠道水位变化及时赶赴现场处置突变水位造成的险情,确保下游农业灌溉正常有序供水。

1 总体设计

该装置结合运行实际情况,考虑有现地数据采集、处理系统、水位显示、远程声光报警系统及手机远程预警系统五部分组成[1-3]。现地数据采集、处理系统将现地采集的数据经过处理传输至远程声光报警系统及手机远程预警系统。能够实时监测渠道水位变化情况,准确反映水位变化并设定一定的阈值。此装置系统可设置多个预警水位,当水位到达预警水位时控制远程声光报警系统及手机远程预警系统实现远程声光报警和手机远程拨号报警。声光报警系统由警铃和警灯组成,当声光报警系统接受到渠道水位达到设定的预警水位信号时将信号发送至远程发射器,警铃警灯开始声、光报警,远在较远距离的管理段可收到报警信息,报警持续时间根据需求设定。手机远程预警系统依托远程控制器通过移动、电信等网络将预警信号传输至手机端,当水位达到设定的预警水位时,工作人员的手机马上能够接收到高水位预警拨打的电话,工作人员可根据水情及时赶赴现场处理险情。系统原理框图见图1。

图1 系统原理框图

图2 现场预警预报装置设计图

1.1 数据采集系统设计

数据采集系统设计主要基于鸭嘴式浮球开关设计,采集点处沿渠堤自下而上每间隔10 cm 设置一个鸭嘴式浮球开关,当水位到达浮球开关时开关闭合形成闭合回路,将水位信号转化为电信号,传输至双向隔离型16 路继电器控制模块。双向隔离型16 路继电器控制模块将水位信号传输至水位显示系统、远程报警系统和手机远程预警系统。工作的原理是干簧管动作原理,即在密闭的金属或塑料管内,设置一点或多点的磁簧开关,然后将管子贯穿一个或多个,中空而内部装有环型磁铁的浮球,并利用固定环,控制浮球与磁簧开关在相关位置上,使浮球在一定范围内上下浮动。利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点,产生开与关的动作。

1.2 水位显示系统的设计

水位显示系统的设计采用LED 发光二极管来显示。LED价格便宜,易于驱动,能精确地显示出水位的高度,直观地显示出水位高度与警戒水位的差距,便于对水位高度的控制,降低危险率。根据设计要求,结合运行实际情况,决定设计16 段水位显示电路,由16 组LED 发光二极管组成,自上而下分别对应渠道0.1 m～1.7 m 水位数值。

1.3 数据处理及手机远程预警系统设计

数据处理及手机远程预警系统作为本设计装置的核心部分,将数据采集模块采集的水位信号进行读取,根据设置条件进行判断,依托移动数据网络将预警信息传递至移动终端或手机,实现手机远程预警预报的的功能[4-6]。数据处理及手机远程预警系统选用HK15-4G080816 路云智能远程控制开关,该控制器可在AC220 V/380V、DC9-30V 电压范围内运行,支持8 路继电器输出2A,16 路继电器输出2A 的输出方式,可采用手动开关和云智能APP 控制两种方式。将数据采集系统采集的16 路水位信号输入至远程控制开关,并对需要预警的水位进行设置,可设置一个低水位预警值和一个高水位预警值,当水位到达预警水位值时系统将自动开启远程预警,可向多个不受距离限制的管理员手机终端发送预警信号,直至管理员到达现场妥善处置后预警解除。也可从多个手机终端上随时随地查看渠道实时水量情况。该系统对于无人值守的渠道水位信息可做到及时准确的传输、预警。

1.4 远程报警系统设计

远程报警系统设计不同于远程手机报警系统,是将数据信号和预警信号传递至特定的点位,如机房、值班室等。远程报警系统该系统主要依托电磁波将预警信号传递至信号发射器方圆5000 m 内的机房、值班室,当机房、值班室的信号接收器接收到预警信号时,就控制电铃报警、警灯闪烁,尤其在夜间值班人员熟睡时,能够及时地提醒并迅速做出反应,达到预警效果。此系统功能与手机远程预警系统功能相互补充,避免了设备故障引起的漏报和移动终端或手机因出现关闭造成的不能响应,大大提高了系统运行的安全性和预警预报的及时性。本远程预警系统设备选择XYYK-01220V 型高增益遥控开关,可负载电机、水泵、日光灯等设备,配置隔离电源变压器、30A 继电器,可根据不同使用环境在300 m～5000 m 之间实现遥控控制,由于XYYK-01220 V 型高增益遥控开关使用遥控器进行控制,不能实现自动控制的功能,所以将该设备遥控器由原来的电池供电更改为直流电源供电,并对信号发射器开关进行改造设计,由手机远程控制系统控制延时继电器,再由延时继电器控制XYYK-01220 V 型高增益遥控开关的发射端,实现自动远程控制的功能。当值班室工作人员接收到报警信号时可迅速做出反应。

2 应用实例

2.1 北干渠三分闸流量远程预警预报装置设计

在北干渠三分闸闸室垂直断面处设置16 路水位信号采集点,采集点处每间隔10cm 设置一个鸭嘴式浮球开关,根据渠道过水流量,设置高水位和低水位,当渠道内水位有所变化时,浮球接通开关形成闭合回路,继电器控制模块将水位信号转化为传输至水位显示系统、远程报警系统和手机远程预警系统,实现预警功能。

2.2 运行数据分析

通过调度运行日志可以看出,每当加水或减水时,结合渠道从源头到三分闸,水流行径的流速规律分析,远程预警系统都能准确的预警,并且及时地提醒职工处理加减水的情况,并且管理段职工不再需要实时蹲守在闸台等水盼水,达到了灵活工作的目的。具体见表1（以4 月15 日至5 月10日有水量变化为例）。

表1 三分闸水位流量观测调水日志表

3 效果分析

（1）实现了水位流量提前预警预报的功能。

根据北干渠每日过渠的流量,按照灌溉调度指令和日常调水规律,设置好水位上下限阈值,如出现渠道水量突增突减,鸭嘴式浮球开关自动接通,远在一公里外的管理段安装的报警系统装置会控制电铃报警、警灯闪烁,同时,手机远程预警系统会自动拨号,特别对夜间值班人员熟睡时,能及时的提醒,迅速赶赴现场,采用有效措施处理水情,通过在北干渠三分闸安装远程预警预报装置,让值班人员提前预知渠道来水变化,为处理突发险情争取了宝贵时间,实现了预警预报的功能。

（2）减低了职工劳动强度和渠道巡查的频率。

由于北干渠三分闸主要承担着向北干渠下游渠道输水和西湖输水渠的输水调水任务,所以时有水量不稳,忽大忽小的情况时有发生,为保证下游灌区农户用水平稳,管理段值班人员需长时间坚守在闸台,多次的进行调水,经常性往返于管理段和闸房之间,远程预警预报装置的应用,总体上,减低了巡查的频次,可以根据警报预警的情况,分析来水情况,科学合理的安排调水和巡查频率,大大降低了职工劳动强度,提高了自动化的水平。

（3）保障了渠道安全及下游水量的平稳。

通过远程预警预报装置,管理段职工可随时随地地掌握渠道水位变化,不再需要频繁的到闸室去观测水位流量,远程监控水位变化,出现较大水位变化时,及时赶赴现场处置突变水位造成的险情,不仅保障了渠道和建筑物的安全,而且保证了下游灌区的水量平稳,有效地化解了灌区水量不稳造成的水事矛盾纠纷。