信息自动化系统在高湖水库扩容及灌溉工程中的应用

李 亮

（山东省临沂市水利勘测设计院，山东 临沂 276000）

高湖水库担负着其流域上下游的防洪保护任务，是以防洪、灌溉为主的大型水库。因此，该水库的防汛工作十分重要。本文针对高湖水库扩容及灌溉工程现状，对该水库防汛通讯与水情预报系统的设施进行探讨分析，以便能够较快而准确地向有关部门上报汛情资料[1]。

1 工程概况

高湖水库扩容及灌溉工程设计灌溉面积74.2 km2，高湖水库原有溢洪道改建为有闸控制；新建或改建东干渠15.66 km，采用1.5 m×3.7 m 钢筋混泥土暗涵输水，设计灌溉取水口41个，安全引水口5 个；西干渠及一分支改建长度4.33 km,设计灌溉取水口4 个，安全引水口3 个。

2 水库管理系统

2.1 管理中心系统

水库管理系统的工作流程主要为将监测信息汇集到相应的水库管理中心，并由该管理中心主站完成数据存储与管理、水利计算、图形/曲线显示、报表管理和打印、安全预警、故障报警、水量调度，以及设备管理、负荷预测、视频监控等功能。同时，在满足本地信息管理的基础上，实现数据的上级转发[2]。管理中心配置调度指挥中心平台，对高湖水库闸门运行进行直接管理，实现启闭机室、配电室等的无人值守远程操作以及重点部位视频监控；对水库东西干渠共计53 个取水口进行全天候流量监控以及视频监控。

2.2 管理中心设备

管理中心部署服务器，工作站、UPS 电源、打印机、移动数据专线，饮水安全管理软件、数据库软件及防火墙等，设置大型拼接屏（3*3）用于信息管理与会议需求。本项目管理中心设备主要包括:数据库/WEB 服务器；调度监控工作站；网络与通信设备；不间断电源UPS；大屏幕显示系统。

3 高湖水库溢洪闸自控系统

3.1 闸门监控系统

闸门监控系统采用分布式控制，信号传输基于工业通讯数据总线；同时具有现场视频监视功能，使用安全可靠。高湖水库闸门现场监控系统采用分布式安装，分散安装于各自动化机旁箱内，如图1 所示。其主要任务是完成闸室现场的信号采集、处理、显示以及上传工作，同时接受各种控制命令，以实现闸门的启闭和自动控制。支持无线、光缆等通信方式，支 持 RS-232/485、Modbus/ProfiBus 现 场 总 线 及 以 太 网（TCP/IP）等接口方式。各子系统通过通讯总线实现与管理所中控室相连，实现整个系统的自动化控制。通讯线路基于光纤通讯。

图1 高湖水库溢洪闸闸门监控系统

系统主控级功能：数据巡检和处理、安全运行监视、事件顺序记录、定时、人工报表打印、记录、事故处理指导和恢复操作指导、工程设备运行管理、系统诊断等。现地LCU 功能：数据的实时采集和处理、具有限制非法操作者的软、硬件多重闭锁功能、可在现地LCU 柜上实现设备自动控制和手动控制的切换、与主控级实时通讯。

3.2 安全监测子系统

高湖水库闸坝安全监测系统为分布式网络结构，主要设备包括水库自动化系统前置机、现场测量控制单元（MCU）设备、传感器及通讯网络四大部分。

MCU 放置在涵闸的观测房内，与传感器进行联接；前置机作为通信处理机，为一或两台工业控制机（IPC），通过现场总线或工业以太网将其与测站内的各个MCU 联接，以完成数据的采集与处理，并及时上传到水库调度自动化系统；水库调度自动化系统除需完成数据存储、信息共享、故障预测和报警等功能外，也综合水情、水文、气象等信息，对水库安全监测数据进行了进一步的实时分析，更加准确地得出水库的安全状态和发展态势，为涵闸的安全运行提供数据参考。

本系统共5 孔闸门，拟设计三个断面，采用485 工业通讯总线进行通讯。系统结构如图2。

图2 高湖水库溢洪闸安全监测子系统

4 高湖水库取水口远程监测系统

本系统共涉及取水口53 处，其中东干渠，灌水口：马牧池17 个、岸堤镇24 个。饮水口：马牧池3 个、岸堤镇2 个。西干渠，灌水口：岸堤镇4 个。饮水口：岸堤镇3 个。每一个取水口设置监测站一个，监测取水口的流量、压力及视频等，系统基于市电和太阳能供电的双电源设计，确保系统可靠运行。

监测过程中通过GPRS 和3G 网络将所有信息上传到水库管理中心，实现自动化的全时段监控，以掌握高湖水库取水口供水管网实时运行情况，发现如供管网压力过高、水管爆管、水质超标等管网异常问题及时进行处理。处理方式是借助GPRS网络将各种数据信息实时传送到水库的监控中心，并由GSM短信告知管理人员存在的问题，以及时处理各种异常情况，最大程度降低损失。

同时，基于GIS 系统（图3），将高湖水库取水口的基础地理信息数据和供水工程数据进行加工整合，建立与实际工况较为符合的整个供水工程的虚拟现实场景，实现供水工程虚拟现实场景的合理化迁移，以便完成供水设备查询、空间定位和可视化管理、供水信息实时监控等操作，为监控工作提供一个供水工程三维信息化辅助管理和决策平台。

图3 高湖水库取水口GPRS 通讯方案示意图

视频通信部分，优先考虑有线接入，在无有线接入地区，通讯网络基于GPRS 或联通3G 无线网络，实现大范围内网络运行状态监测，为用户省节省网络建设和维护费用，实时性高，组网费用低。经过我方在近年多个成功项目实施中的测试结果，在大部分项目所在地， 中国移动TD-SCDMA、中国电信CDMA2000（EVDO）在网络覆盖不到位、信号强度稍差的时候至多只能传输2 路监控视频，只有中国联通WCDMA 能稳定传输4 路监控视频，因此一般主选WCDMA、次选CDMA2000，鉴于本项目传输网络部分地区偏远情况，TD-SCDMA 更是难以保证稳定可靠传输，因此不建议采用该3G 制式作为本项目传输通道。优先考虑GPRS 和联通 3G。

5 结语

随着科学技术的发展，水利信息自动化水平得到不断提高，其在水库工程中的应用也越来越广泛。高湖水库自动化系统采用当前国际上先进的自动化管理技术，整个监测系统操作较为灵活简便、易于掌握，可以形成精度较高的虚拟现实场景模拟图，采集到较为准确的工程实况信息，及时处理了水库运行过程中存在的问题。且该系统采用模块式结构，预留有与其他系统的接口，可随时增加其他控制模块。该系统的建立，对保证水库安全运行和经济效益发挥十分必要的作用。