呼圖壁河流域灌區(qū)水情自動(dòng)采集系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)綜述

【摘要】呼圖壁河流域灌區(qū)水情自動(dòng)采集系統(tǒng)的應(yīng)用包括傳感器技術(shù)，電源選用，軟件等多項(xiàng)技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確的收集雨水情信息，改變了以往僅靠人工測(cè)量水情數(shù)據(jù)的落后狀況，水情數(shù)據(jù)采集的時(shí)效性和準(zhǔn)確性達(dá)到有效保障，為準(zhǔn)確地作出洪水預(yù)報(bào)，發(fā)揮了可靠作用，滿足了呼圖壁河灌區(qū)防洪度汛和優(yōu)化調(diào)度的需要。

【關(guān)鍵詞】水情；自動(dòng)采集；水利信息化

1、灌區(qū)基本情況

呼圖壁河發(fā)源于天山主脊喀拉烏成山，是一條以冰雪消融、降水、山泉為水源的混合補(bǔ)給型山溪性內(nèi)陸河，位于天山中段北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，多年平均徑流量4.38億立方米?？傞L(zhǎng)258公里，流域總面積為10254.68平方公里，是新疆昌吉州呼圖壁縣、農(nóng)六師芳草湖總場(chǎng)、一零六團(tuán)、一零五團(tuán)和畜牧廳種牛場(chǎng)農(nóng)業(yè)灌溉用水的主要河流，灌區(qū)實(shí)有灌溉面積130萬(wàn)畝。呼圖壁河流域主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼有重要的防洪任務(wù)。掌握流域內(nèi)水位、庫(kù)容、閘位及引水渠、溢水渠水位、流量等信息對(duì)合理引、輸、配水來(lái)說非常重要。

2、水情自動(dòng)采集系統(tǒng)組成

2.1 水情自動(dòng)化采集系統(tǒng)構(gòu)成

2.1.1 系統(tǒng)組成。系統(tǒng)設(shè)一個(gè)中心站即呼圖壁河流域管理處，下設(shè)分中心分別為一閘、二閘、三閘、芨芨壩，13個(gè)遙測(cè)站分別為渠首雨量站、青年總干渠、一閘下泄、東方紅渠、二閘下泄、東二支渠、西一支、三閘下泄、奶牛場(chǎng)支渠、芨芨壩西河、芨芨壩東河、大海子水庫(kù)壩上、大海子水庫(kù)壩下組成。

2.1.2 水情自動(dòng)化采集系統(tǒng)的組成包括多種設(shè)備。一般來(lái)說主要的設(shè)備有水位傳感器、降雨量測(cè)試器、遙測(cè)站、通信設(shè)備和中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。在系統(tǒng)中遙測(cè)站通過傳感器自動(dòng)實(shí)時(shí)對(duì)水位進(jìn)行采集，通過無(wú)線通信裝置向中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送水情報(bào)告，最終通過中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)所接收的水情數(shù)據(jù)進(jìn)行具體的分析和預(yù)警。

2.2 遙測(cè)采集子系統(tǒng)。遙測(cè)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)由遙測(cè)數(shù)據(jù)采集遙測(cè)儀、傳感器、通信設(shè)備、太陽(yáng)能電池板、蓄電池等組成，完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與傳輸。工作流程見圖1。

在水情自動(dòng)采集系統(tǒng)中，通過無(wú)線通信方式把遙測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到中心站的系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)通過對(duì)接收到的各個(gè)遙測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，給出決策，工作人員在監(jiān)測(cè)控制中心室內(nèi)的計(jì)算機(jī)上就可實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀況，為管理部門科學(xué)調(diào)度洪水、最大限度地發(fā)揮水庫(kù)的防洪減災(zāi)和興利效益提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

3、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 硬件部分的采集終端，傳感器的選用。采集終端直接決定水位采集數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。傳感器是測(cè)站遙測(cè)設(shè)備重要組成部分，每一個(gè)遙測(cè)網(wǎng)的建立，最關(guān)心的就是雨量和水位等水文數(shù)據(jù)。傳感器的精度，很大程度上決定了所收集數(shù)據(jù)的精度，因此傳感器的選擇至關(guān)重要?，F(xiàn)用的水位傳感器較多的是浮子式水位計(jì)，分辨率為1cm，浮子和重錘平衡，在水位上漲時(shí)由浮子帶動(dòng)鋼絲，帶動(dòng)編碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)。這種水位傳感器安裝時(shí)需要修建水位井，編碼盤多用機(jī)械式編碼。還可以用超聲波或壓力式水位傳感器，適用無(wú)水位測(cè)井的站點(diǎn)，這兩種模擬量水位傳感器，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換很容易接到終端機(jī)上。

3.2 合理配備電源?？煽侩娫聪到y(tǒng)是遙測(cè)站正常工作的保證。早期遙測(cè)設(shè)備運(yùn)行中，往往由于電源故障或供電不足造成終端機(jī)工作不正常，數(shù)據(jù)丟失，在遙測(cè)站應(yīng)避免用交流電，因?yàn)楹芏嗟貐^(qū)，尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)的交流電不能保證可靠供應(yīng)，這會(huì)造成遙測(cè)站不能正常工作。交流電網(wǎng)又是引入雷擊的主要途徑?，F(xiàn)在遙測(cè)站使用太陽(yáng)能電池板和蓄電池直流供電。自報(bào)式遙測(cè)站耗電很小，值守電流小于50μA，所以遙測(cè)站電源依靠6W太陽(yáng)能電池板充電，免維護(hù)密封鉛酸蓄電池供電。為保證充電安全，在太陽(yáng)能電池板和蓄電池之間加有充電保護(hù)電路。

3.3 軟件部分，應(yīng)用軟件的可操作性。系統(tǒng)應(yīng)用軟件經(jīng)過幾次增改，操作功能逐步趨于完善，能夠自動(dòng)接收遙測(cè)站的水文數(shù)據(jù)，如雨量、水位等，自動(dòng)生成原始數(shù)據(jù)文件，對(duì)接收的數(shù)據(jù)處理后可生成報(bào)表。同時(shí)，具有強(qiáng)大的圖形顯示功能，使用戶能更直觀地了解遙測(cè)站的狀態(tài)，如水位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示等。當(dāng)遙測(cè)站采集到數(shù)據(jù)判定是有變化的數(shù)據(jù)則實(shí)時(shí)發(fā)送，如判定數(shù)據(jù)沒變化則10分鐘一次。應(yīng)用軟件的可操作性需滿足水管工作的實(shí)際要求。

4、系統(tǒng)改造

于2005年對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行全面改造，通過對(duì)水位井的改進(jìn)，由原單管井改為目前的雙管井，大大改善和緩解了井內(nèi)的浪涌現(xiàn)象，使水位數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)輸更加準(zhǔn)確。2005年抽調(diào)專人負(fù)責(zé)成立測(cè)流小組，經(jīng)過歷時(shí)一個(gè)多月的時(shí)間，規(guī)范了各測(cè)站測(cè)流斷面水尺，重新率定了各遙測(cè)站測(cè)流斷面水位—流量關(guān)系曲線，為呼圖壁河流域灌區(qū)水情自動(dòng)采集系統(tǒng)的全面運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)運(yùn)行不斷完善，先后對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行大改進(jìn)，通過改進(jìn)，增強(qiáng)了軟件的可操作性，使軟件與實(shí)際工作結(jié)合性更強(qiáng)，引輸水調(diào)度信息實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸、控制。

5、結(jié)語(yǔ)

水情自動(dòng)化采集系統(tǒng)經(jīng)過改造升級(jí)后運(yùn)行至今，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得了大量的實(shí)驗(yàn)、分析資料，減少了人工錄入、校對(duì)等人工操作環(huán)節(jié)，大大提高了水文資料的質(zhì)量，防洪、供水調(diào)度工作更加科學(xué)，管理水平得到大大提高，真正起到指導(dǎo)實(shí)際灌區(qū)作用，顯著提高了水資源科學(xué)調(diào)度及水利管理現(xiàn)代化管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘慧娟.水電站中水情水調(diào)自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].江西建材，2014，（17）.