水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在阿克蘇地區(qū)柯柯牙河灌區(qū)工作中的應(yīng)用

薛　夢(mèng)

（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(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在阿克蘇地區(qū)柯柯牙河灌區(qū)工作中的應(yīng)用

薛夢(mèng)

（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(qū)柯柯牙河灌區(qū)為例，闡述了阿克蘇地區(qū)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，指出建設(shè)水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的必要性，并且對(duì)水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了論述和探討。

關(guān)鍵詞阿克蘇地區(qū)；柯柯牙河灌區(qū)；水資源；自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

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(qū)灌溉面積15萬(wàn)畝，灌溉水源為柯柯牙河水及革命大渠水源。灌區(qū)內(nèi)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(lái)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(lái)水量分別占河道處來(lái)水總量的17.7%、60.7%、16.9%、4.7%。河道的水質(zhì)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(yùn)行和管理問(wèn)題較多。

2　阿克蘇地區(qū)水清測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，阿克蘇地區(qū)新老干渠的監(jiān)測(cè)和配水主要還是由人工完成，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)并不完善。另外，龍口上游也沒(méi)有布置防洪預(yù)警點(diǎn)，預(yù)警措施缺乏，當(dāng)遇到突發(fā)性的洪水時(shí)，龍口的引水工程和配水工程常常會(huì)遭受比較大的損害。采用人工監(jiān)測(cè)的方法，不僅工作量大、管理效果低，而且風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)也相對(duì)較高。

3　水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的必要性

在柯柯牙河灌區(qū)進(jìn)行水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)具有重要意義，通過(guò)對(duì)現(xiàn)代化的遙測(cè)、遙控、遙視技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)的了解到河流水資源的動(dòng)態(tài)情況，對(duì)關(guān)鍵測(cè)點(diǎn)的洪水進(jìn)行提前預(yù)警，從而使相關(guān)部門(mén)及時(shí)進(jìn)行管理，為流域水資源的動(dòng)態(tài)管理以及水資源的合理配置提供科學(xué)的管理依據(jù)和決策依據(jù)。與此同時(shí)，在灌區(qū)及時(shí)推廣自動(dòng)化監(jiān)控，可以對(duì)灌區(qū)的信息化推進(jìn)工作進(jìn)行示范，在工程建設(shè)方面具有重要的指導(dǎo)意義。

4　自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容

一期建設(shè)工程由多種部分組成，并且由于業(yè)務(wù)類(lèi)型存在各種差異，一期工程又被劃分成了6個(gè)子系統(tǒng)，在這些子系統(tǒng)中，工程建設(shè)的基礎(chǔ)包括公共網(wǎng)專(zhuān)線通信網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)、超短波。

1)構(gòu)成灌區(qū)的水情監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的部分也比較多，其中包括渠道斷面水情測(cè)報(bào)點(diǎn)、洪水預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)和渠道水情遙測(cè)點(diǎn)。

2)光纖將10個(gè)閘門(mén)遙測(cè)遙控信號(hào)與柯柯牙監(jiān)控中心連接，對(duì)閘門(mén)的遙測(cè)、遙控可以在監(jiān)控中心進(jìn)行。

3)光纖將6處遙視信號(hào)與柯柯牙監(jiān)控中心連接起來(lái)，對(duì)渠系工程狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視工作在監(jiān)控中心進(jìn)行。

4)進(jìn)行監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，并將子系統(tǒng)進(jìn)行整合，查詢和控制B /S與C /S相結(jié)合的信息。

5)全面調(diào)度與管理整個(gè)灌區(qū)，與局調(diào)度中心展開(kāi)數(shù)據(jù)通訊。

6)建設(shè)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，及由光纖、超短波和公網(wǎng)專(zhuān)線混合組網(wǎng)，雙向聯(lián)系水情自動(dòng)測(cè)報(bào)、閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控、視頻監(jiān)視系統(tǒng)與監(jiān)控中心。

5　水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1水情信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）預(yù)警點(diǎn)水位、傳輸渠道水位等會(huì)被水情遙測(cè)站自動(dòng)采集到，采用測(cè)、報(bào)、控一體化結(jié)構(gòu)的方式，可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的固態(tài)特征和數(shù)字化傳輸。

（2）水情遙測(cè)站的數(shù)據(jù)信息量較小，用超短波網(wǎng)絡(luò)組建與中心站之間的數(shù)據(jù)傳輸通信網(wǎng)路。

（3）數(shù)據(jù)接收設(shè)備、數(shù)據(jù)處理、水情預(yù)警報(bào)與服務(wù)等應(yīng)用軟件組成了中心站，連接了監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)平臺(tái)電腦網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，點(diǎn)到點(diǎn)的上行流程結(jié)構(gòu)是遙測(cè)站與中心站共同采用的結(jié)構(gòu)。WEB查詢是中心站內(nèi)部利用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，可實(shí)現(xiàn)信息共享。

5.2自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能

5.2.1遙測(cè)站功能

水情遙測(cè)站可以在惡劣條件下正常開(kāi)展工作，其主要功能包括：

①自動(dòng)采集：±1cm水位的變化值能被自動(dòng)采集；程序設(shè)計(jì)設(shè)置水位采樣間隔；

②定時(shí)自報(bào)與自動(dòng)加報(bào)：水位數(shù)據(jù)可以被定時(shí)自動(dòng)報(bào)送。測(cè)站站號(hào)、時(shí)間、電池電壓、報(bào)文類(lèi)型等信息都包括在內(nèi)；如果水位變化量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)超過(guò)了設(shè)定值，就能自動(dòng)加報(bào)；程序設(shè)計(jì)可以控制定時(shí)間隔和加報(bào)限值；

③自維護(hù)功能：定時(shí)工況報(bào)告、低電壓報(bào)警、掉電保護(hù)及自動(dòng)復(fù)位等。

5.2.2中心站功能

中心站的建設(shè)利用VHF波段超短波通信組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)站與中心站之間的數(shù)據(jù)傳輸通信網(wǎng)路，不需要有線連接，站點(diǎn)的建設(shè)很容易并且方便搬遷，節(jié)約投資資本。其功能要求主要有：

①各遙測(cè)站的水情數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)、定時(shí)、批量接收，遙測(cè)站工況信息也可以被隨時(shí)接收記錄；

②可檢查、糾檢錯(cuò)、插補(bǔ)、分類(lèi)接收到的信息，然后將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)；

③能遠(yuǎn)程設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)各遙測(cè)站的參數(shù)；

圖1　水情數(shù)據(jù)接收中心站設(shè)備組成示意圖

圖2　遙測(cè)站設(shè)備組合結(jié)構(gòu)示意圖

表1　閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控站網(wǎng)一覽表

④告警工況報(bào)告及超限狀況；

⑤具有全面的服務(wù)功能，如水情信息查詢、預(yù)警報(bào)與發(fā)布、數(shù)據(jù)檢索、圖表顯示及打印輸出等服務(wù)功能；

⑥可以維護(hù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)對(duì)信息進(jìn)行查詢、維護(hù)和數(shù)據(jù)備份，實(shí)時(shí)維護(hù)管理水情、歷史水情、系統(tǒng)運(yùn)行檔案等各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，為數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確與安全提供保障；

⑦與相關(guān)部門(mén)的信息交換通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

⑧根據(jù)需求擴(kuò)展功能。

5.3水情系統(tǒng)設(shè)備配置設(shè)計(jì)與選型

5.3.1配置中心站設(shè)備

水情系統(tǒng)中心站主要配置了計(jì)算機(jī)、超短波接收設(shè)備、通信機(jī)電源、中控儀等，如圖1所示。

5.3.2配置遙測(cè)站的設(shè)備

遙測(cè)站水情設(shè)備主要由遙測(cè)終端、水位傳感器、太陽(yáng)能電池板、VHF通信設(shè)備、天饋線、遙測(cè)終端、超聲波水位傳感器等構(gòu)成，詳見(jiàn)圖2。

5.4水情采集監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

NSY- SQ水情應(yīng)用軟件系統(tǒng)遵循開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的各個(gè)層次都依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。水情自動(dòng)化系統(tǒng)NSY- SQ按數(shù)據(jù)服務(wù)層、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理層、人機(jī)界面層三層應(yīng)用模型設(shè)計(jì)，所有應(yīng)用軟件（除數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)）都不直接與數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（RAM庫(kù)）發(fā)生聯(lián)系，所有的數(shù)據(jù)存取全部通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)完成，從而確保數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的安全。最上層是NSY- SQ實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，它是按照關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的原理和規(guī)范設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的，支持實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)高速存取，支持畫(huà)面快速調(diào)用；第二層是數(shù)據(jù)接口聯(lián)系模塊，負(fù)責(zé)所有的數(shù)據(jù)輸入/輸出；第三層是圖形、報(bào)表等各種應(yīng)用系統(tǒng)，它們無(wú)需考慮數(shù)據(jù)的來(lái)源，只需考慮具體的應(yīng)用。該專(zhuān)用系統(tǒng)軟件共有多個(gè)主功能模塊（包括標(biāo)準(zhǔn)模塊和選配模塊），在一主控模塊的控制調(diào)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(duì)水資源的信息進(jìn)行收集的過(guò)程中，因?yàn)椴杉c(diǎn)是分散分布的，當(dāng)使用光纜和電信專(zhuān)線對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，導(dǎo)致施工成本增加，并且也增加了施工難度。而使用無(wú)線傳輸技術(shù)能很好解決此類(lèi)問(wèn)題。當(dāng)前，常見(jiàn)的無(wú)線通信方式主要有數(shù)傳、擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、GSM等方式，在這些無(wú)線通信技術(shù)中，基于GSM基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的GPRS技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)的通信方式，可以利用共享無(wú)線信息通信的方式，采用IP Over PPP方式來(lái)遠(yuǎn)程傳輸和接入數(shù)據(jù)，使用GPRS無(wú)線傳輸方式可以在端到端分組轉(zhuǎn)移的模式下接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，并且不會(huì)占用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，屬于低成本的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

6　閘門(mén)或機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)

在進(jìn)行管理的過(guò)程中，為了滿足新老干渠工程的管理要求，組建了閘門(mén)機(jī)井自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)方監(jiān)控主站設(shè)備、十套閘門(mén)啟閉現(xiàn)地控制站、監(jiān)控軟件、光纜、網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備、電纜信息傳輸設(shè)備等組成。利用該監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)三個(gè)渠道的關(guān)鍵配水、引水口、沖沙閘以及渠道沿線的300多個(gè)機(jī)井設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，主要監(jiān)控固定螺桿式啟閉機(jī)、機(jī)井抽水設(shè)備等。閘門(mén)自動(dòng)監(jiān)控站網(wǎng)詳見(jiàn)表1。

在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)，先通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接機(jī)井計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備和10套渠道進(jìn)水閘啟閉現(xiàn)地控制站。然后由計(jì)算機(jī)監(jiān)控主站和閘門(mén)機(jī)現(xiàn)地控制站構(gòu)成閘門(mén)系統(tǒng)和機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)，使用以太光纖環(huán)網(wǎng)將系統(tǒng)連接好，組成一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)，然后使用機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)控制閘門(mén)機(jī)井，并提高共享數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，可以利用上級(jí)調(diào)度指令對(duì)閘門(mén)或機(jī)井進(jìn)行遙控開(kāi)、關(guān)。

7　視頻監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)控工程的安全以及運(yùn)行狀況，此種方式具有較強(qiáng)的直觀性與全面性[2]。隨著現(xiàn)代化監(jiān)控技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控已經(jīng)成為現(xiàn)階段比較受歡迎的一種監(jiān)控方式。將視頻監(jiān)控系統(tǒng)布置在灌區(qū)工程中，便于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)控閘前閘后的灌水、水位的檢測(cè)等狀況。可以通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得運(yùn)行圖像并記錄存檔，除此之外，還可以利用呈現(xiàn)的圖像，提高操作的準(zhǔn)確性以及工程運(yùn)行的安全性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的全面監(jiān)控，保證設(shè)備運(yùn)行的安全性，需要將水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)和機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)連接起來(lái)。同時(shí)，為了避免出現(xiàn)設(shè)備事故和降低現(xiàn)場(chǎng)值班人員的勞動(dòng)量，檢修、維護(hù)和調(diào)試設(shè)備的工作必須要做好。

8　應(yīng)用軟件的應(yīng)用

應(yīng)用軟件為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用軟件，在管理形式上便于維護(hù)，應(yīng)用軟件分類(lèi)放在不同的目錄中，并提供應(yīng)用軟件目錄結(jié)構(gòu)的說(shuō)明文件。應(yīng)用軟件采用高級(jí)語(yǔ)言或可視化模塊程序設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。為節(jié)省系統(tǒng)投資，在設(shè)計(jì)上保證其無(wú)擾動(dòng)升級(jí)能力，并保證應(yīng)用軟件能被補(bǔ)充或修改，系統(tǒng)硬件升級(jí)時(shí)軟件能方便地移植，可以自動(dòng)化的對(duì)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、閘門(mén)/機(jī)井監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。此外，軟件會(huì)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并形成數(shù)據(jù)庫(kù)，以支持系統(tǒng)完成監(jiān)視、調(diào)度、控制和管理，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性、有效性檢查，并且按照監(jiān)視、調(diào)度、控制及管理的要求，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，并生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

9　結(jié)語(yǔ)

水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為阿克蘇地區(qū)在水資源的調(diào)度、優(yōu)化和動(dòng)態(tài)管理方面給予了有力的技術(shù)支持，有效地防止了設(shè)備事故的發(fā)生，降低了設(shè)備調(diào)試、設(shè)備檢修和設(shè)備維護(hù)的工作量，提高了工作效率。利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水位、灌區(qū)設(shè)備的不間斷動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。管理人員只需要在監(jiān)控室通過(guò)鼠標(biāo)和鍵盤(pán)進(jìn)行少量的操作，就可以完成整個(gè)灌區(qū)水資源的監(jiān)控，勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量顯著降低，甚至達(dá)到了無(wú)人值守的監(jiān)控效果。

水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的引入使阿克蘇地區(qū)流域的管理水平得到了顯著的提升，該系統(tǒng)可以使灌區(qū)工作人員更加合理的對(duì)水資源進(jìn)行配置、調(diào)度和管理。文章以阿克蘇地區(qū)柯柯牙河灌區(qū)為背景，對(duì)該灌區(qū)中水資源自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以期為該系統(tǒng)在類(lèi)似工程中的應(yīng)用提供參考和借鑒。陜西水利

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：李蕊）

中圖分類(lèi)號(hào)：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B