李家河水库输水管线监控管理系统浅析

王 欢，于春光

（西安市水利规划勘测院,陕西 西安 710000）

1 概述

李家河水库工程位于西安市蓝田县境内,水库枢纽位于灞河的一级支流辋川河中游河段,距西安市约68 km,距蓝田县城23 km,是解决西安市东部用水紧缺的骨干供水工程之一,输水渠系工程主要包括总干渠和南、北输水管线两部分。南支管设计流量0.15 m3/s~0.1 m3/s,北干管设计流量3.0 m3/s~2.85 m3/s,李家河水库~黄土岭段新建总干渠设计流量3.15 m3/s,黄土岭～将军圪干塔段改建总干渠设计流量6.55 m3/s,岱峪引水干渠设计流量3.4 m3/s。

1.1 建设目标

以实现对李家河水库输水工程的引水流量、水质、水管压力、阀门、闸门的工作状况等信息的全自动采集、自动存储和实时传输为重点,并可实现阀门、闸门的远程操作,以为决策者科学调度水量、全面管理供水工程、提供完整服务为目的,将数据采集技术、现代通信技术、计算机网络技术、数据库技术、地理信息技术与水资源管理业务需求紧密结合,建成一个先进实用、高效可靠、自动化程度高的供水监控系统。

1.2 系统组成

系统由通信传输、计算机网络、闸阀监控、遥测采集等子系统组成,各子系统之间分层次的相互支持,组成一个统一的系统。通信传输系统是其它系统的基础支撑,用于承载闸阀监控、遥测采集业务的正常运行,见图1。

图1 李家河水库输水工程监控系统系统组成图

2 系统结构

2.1 网络拓扑

根据西安市李家河水库工程输水工程监控系统的建设任务,构建李家河水库输水工程监控系统网络拓扑图见图2。

图2 李家河水库输水工程监控系统网络拓扑图

2.2 传输流程

该系统业务数据传输流程见图3。

图3 李家河水库输水工程监控系统系统业务数据传输流程图

2.3 监测数据及监控点分布

输水管线监控管理系统监测的数据包括：水位、流量、压力、水质、闸位、视频监控。

1）水位监测点：输水隧洞的水位1 处、引岱干渠水位1 处、总干渠水位5 处、将军岭分水闸水位1处、将军岭退水闸水位1处、北干进水前池1 处、北干1#调压池水位1 处、北干2#调压池水位1 处、南干进水前池1处、南干调压池水位1 处、蓝田供水1#调压池水位1处、蓝田供水2#调压池水位1 处,共计16 处。前端利用压力式液位传感器或雷达水位计将采集数据,通过遥测终端机采用无线GPRS网络,将数据采用1 收4 发模式,分别发往孟村管理站、水库调度中心、西安调度中心、云数据中心。其中输水隧洞的水位1处、将军岭分水闸水位1 处、将军岭退水闸水位1 处、北干水前池1 处、北干1#调压池水位1 处、北干2#调压池水位1 处,共6 处通过闸控系统PLC采集数据,数据通过专用光缆传输至孟村管理站。

2）流量监测点：渗金庙输水洞入口安装马巴歇尔量水堰通过遥测终端机无线传输,北干在李家沟桥导、新华村检修阀井、南干调压池、蓝田供水1#、2#调压池分别安装超声波插入式流量计,通过遥测终端机无线传输。

3）压力监测点：北干2#排气阀井、安村减压阀井、北干6#排气阀井、北干11#排气阀井、北干12#排气阀井、北干17#排气阀井、北干23#排气阀井、北干1#调压池、北干2#调压池、南干2#排气阀井、14#排气阀井、20#排气阀井、南干调压池、蓝田供水1#排气阀井、2#排气阀井、蓝田供水1#、2#调压池。

4）水质监测点：汇流池和孟村管理站分别安装温度、pH值、浊度、溶解氧、电导率、氨氮7 参数水质传感器,在总干3#检查井安装浊度传感器,5 分钟监测1 次水质变化情况。水质监控软件截图见图4。

图4 李家河水库输水工程监控系统系统水质监控软件截图

5）闸控监测点：在安装闸门的汇流池输水隧洞入口闸房、黄土岭闸房、将军岭分水闸、将军岭退水闸、北干1#调压池闸房、北干2#调压池闸房安装闸位计和PLC控制柜,并就近接入水位数据。李家河水库输水工程监控系统系统闸控监控软件截图见图5。

图5 李家河水库输水工程监控系统系统闸控监控软件截图

6）视频监控点：布设有闸房内、外,各管理站、桥导、渡槽等重点部位共计26 镜。李家河水库输水工程监控系统系统视频监控软件截图见图6。

图6 李家河水库输水工程监控系统系统视频监控软件截图

3 通讯方式

系统的通讯采用无线和光纤通讯2 种,遥测站均通过无线GPRS传输,视频、闸控数据均通过光纤进行传输,传输带宽1000M。

4 供电方式

采用太阳能和市电2 种,有市电处均进行市电和蓄电池进行主备供电,无市电处采用太阳能和蓄电池进行主备供电,蓄电池容量按20 天阴雨天进行设计。

5 数据中心

数据中心初期设置了2 个,孟村管量站和水库枢纽中心站,由于地处郊县,电力供应和网络在运行过程中多次发生断电、断网的情况,导致监控系统无法运行,给输水安全和调度造成了巨大风险,后陆续建设了云数据中心和西安调度中心数据中心,数据的可用性得到了极大提升。

6 系统提升

系统运行过程中,根据运行单位的实际需要,对监控系统软件进行了多次迭代升级,对关键点位的水位、压力、流量数据设置域值,有数据超域值时进行字体变色和声音报警；针对监测点过多一屏不能显示所有监测点信息,对监控界面增加双分屏设计；为了方便工作人员随时随地查看输水监控数据,开发了李家河水库手机APP；为了增加巡查人员的巡查效率,及时反馈巡查中发现的工情、险情开发了手机移动巡查系统。

图7 李家河水库输水工程监控系统系统软件截图

图8 李家河水库输水工程监控系统系统移动巡查软件截图

7 结语

李家河水库输水工程监控系统的建设达到了预期的效果,并通过双电源供电设计、无线有线结合的通讯设计、多中心设计以及软件程序的不断迭代,达到现场少人值守、无人值班的同时,成功地掌握了输水管道的运行状态,及时发现输水管线隐患,确保水利工程的安全运行,为城市安全供水和水资源的可持续利用提供有力保障。