李家河水庫輸水管線監(jiān)控管理系統(tǒng)淺析

王 歡，于春光

（西安市水利規(guī)劃勘測院,陜西 西安 710000）

1 概述

李家河水庫工程位于西安市藍(lán)田縣境內(nèi),水庫樞紐位于灞河的一級支流輞川河中游河段,距西安市約68 km,距藍(lán)田縣城23 km,是解決西安市東部用水緊缺的骨干供水工程之一,輸水渠系工程主要包括總干渠和南、北輸水管線兩部分。南支管設(shè)計流量0.15 m3/s~0.1 m3/s,北干管設(shè)計流量3.0 m3/s~2.85 m3/s,李家河水庫~黃土嶺段新建總干渠設(shè)計流量3.15 m3/s,黃土嶺～將軍圪干塔段改建總干渠設(shè)計流量6.55 m3/s,岱峪引水干渠設(shè)計流量3.4 m3/s。

1.1 建設(shè)目標(biāo)

以實現(xiàn)對李家河水庫輸水工程的引水流量、水質(zhì)、水管壓力、閥門、閘門的工作狀況等信息的全自動采集、自動存儲和實時傳輸為重點,并可實現(xiàn)閥門、閘門的遠(yuǎn)程操作,以為決策者科學(xué)調(diào)度水量、全面管理供水工程、提供完整服務(wù)為目的,將數(shù)據(jù)采集技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、地理信息技術(shù)與水資源管理業(yè)務(wù)需求緊密結(jié)合,建成一個先進實用、高效可靠、自動化程度高的供水監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由通信傳輸、計算機網(wǎng)絡(luò)、閘閥監(jiān)控、遙測采集等子系統(tǒng)組成,各子系統(tǒng)之間分層次的相互支持,組成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。通信傳輸系統(tǒng)是其它系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐,用于承載閘閥監(jiān)控、遙測采集業(yè)務(wù)的正常運行,見圖1。

圖1 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)組成圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

根據(jù)西安市李家河水庫工程輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù),構(gòu)建李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖2。

圖2 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 傳輸流程

該系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸流程見圖3。

圖3 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸流程圖

2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)及監(jiān)控點分布

輸水管線監(jiān)控管理系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)包括：水位、流量、壓力、水質(zhì)、閘位、視頻監(jiān)控。

1）水位監(jiān)測點：輸水隧洞的水位1 處、引岱干渠水位1 處、總干渠水位5 處、將軍嶺分水閘水位1處、將軍嶺退水閘水位1處、北干進水前池1 處、北干1#調(diào)壓池水位1 處、北干2#調(diào)壓池水位1 處、南干進水前池1處、南干調(diào)壓池水位1 處、藍(lán)田供水1#調(diào)壓池水位1處、藍(lán)田供水2#調(diào)壓池水位1 處,共計16 處。前端利用壓力式液位傳感器或雷達(dá)水位計將采集數(shù)據(jù),通過遙測終端機采用無線GPRS網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)采用1 收4 發(fā)模式,分別發(fā)往孟村管理站、水庫調(diào)度中心、西安調(diào)度中心、云數(shù)據(jù)中心。其中輸水隧洞的水位1處、將軍嶺分水閘水位1 處、將軍嶺退水閘水位1 處、北干水前池1 處、北干1#調(diào)壓池水位1 處、北干2#調(diào)壓池水位1 處,共6 處通過閘控系統(tǒng)PLC采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)通過專用光纜傳輸至孟村管理站。

2）流量監(jiān)測點：滲金廟輸水洞入口安裝馬巴歇爾量水堰通過遙測終端機無線傳輸,北干在李家溝橋?qū)?、新華村檢修閥井、南干調(diào)壓池、藍(lán)田供水1#、2#調(diào)壓池分別安裝超聲波插入式流量計,通過遙測終端機無線傳輸。

3）壓力監(jiān)測點：北干2#排氣閥井、安村減壓閥井、北干6#排氣閥井、北干11#排氣閥井、北干12#排氣閥井、北干17#排氣閥井、北干23#排氣閥井、北干1#調(diào)壓池、北干2#調(diào)壓池、南干2#排氣閥井、14#排氣閥井、20#排氣閥井、南干調(diào)壓池、藍(lán)田供水1#排氣閥井、2#排氣閥井、藍(lán)田供水1#、2#調(diào)壓池。

4）水質(zhì)監(jiān)測點：匯流池和孟村管理站分別安裝溫度、pH值、濁度、溶解氧、電導(dǎo)率、氨氮7 參數(shù)水質(zhì)傳感器,在總干3#檢查井安裝濁度傳感器,5 分鐘監(jiān)測1 次水質(zhì)變化情況。水質(zhì)監(jiān)控軟件截圖見圖4。

圖4 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)控軟件截圖

5）閘控監(jiān)測點：在安裝閘門的匯流池輸水隧洞入口閘房、黃土嶺閘房、將軍嶺分水閘、將軍嶺退水閘、北干1#調(diào)壓池閘房、北干2#調(diào)壓池閘房安裝閘位計和PLC控制柜,并就近接入水位數(shù)據(jù)。李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)閘控監(jiān)控軟件截圖見圖5。

圖5 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)閘控監(jiān)控軟件截圖

6）視頻監(jiān)控點：布設(shè)有閘房內(nèi)、外,各管理站、橋?qū)?、渡槽等重點部位共計26 鏡。李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)視頻監(jiān)控軟件截圖見圖6。

圖6 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)視頻監(jiān)控軟件截圖

3 通訊方式

系統(tǒng)的通訊采用無線和光纖通訊2 種,遙測站均通過無線GPRS傳輸,視頻、閘控數(shù)據(jù)均通過光纖進行傳輸,傳輸帶寬1000M。

4 供電方式

采用太陽能和市電2 種,有市電處均進行市電和蓄電池進行主備供電,無市電處采用太陽能和蓄電池進行主備供電,蓄電池容量按20 天陰雨天進行設(shè)計。

5 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心初期設(shè)置了2 個,孟村管量站和水庫樞紐中心站,由于地處郊縣,電力供應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)在運行過程中多次發(fā)生斷電、斷網(wǎng)的情況,導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)無法運行,給輸水安全和調(diào)度造成了巨大風(fēng)險,后陸續(xù)建設(shè)了云數(shù)據(jù)中心和西安調(diào)度中心數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)的可用性得到了極大提升。

6 系統(tǒng)提升

系統(tǒng)運行過程中,根據(jù)運行單位的實際需要,對監(jiān)控系統(tǒng)軟件進行了多次迭代升級,對關(guān)鍵點位的水位、壓力、流量數(shù)據(jù)設(shè)置域值,有數(shù)據(jù)超域值時進行字體變色和聲音報警；針對監(jiān)測點過多一屏不能顯示所有監(jiān)測點信息,對監(jiān)控界面增加雙分屏設(shè)計；為了方便工作人員隨時隨地查看輸水監(jiān)控數(shù)據(jù),開發(fā)了李家河水庫手機APP；為了增加巡查人員的巡查效率,及時反饋巡查中發(fā)現(xiàn)的工情、險情開發(fā)了手機移動巡查系統(tǒng)。

圖7 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)軟件截圖

圖8 李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)移動巡查軟件截圖

7 結(jié)語

李家河水庫輸水工程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)達(dá)到了預(yù)期的效果,并通過雙電源供電設(shè)計、無線有線結(jié)合的通訊設(shè)計、多中心設(shè)計以及軟件程序的不斷迭代,達(dá)到現(xiàn)場少人值守、無人值班的同時,成功地掌握了輸水管道的運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)輸水管線隱患,確保水利工程的安全運行,為城市安全供水和水資源的可持續(xù)利用提供有力保障。