水库自动化监测调度系统研究

宋佳　连莎

摘要：对水库进行监测调度有效保障了水库安全稳定的工作运行，水库自动化监测调度系统是水库管理中的一项重要工作。文章介绍了水库自动化调度系统、沟水坡自动化监测系统以及水库自动化监测预警系统。

关键词：水库自动化监测调度系统；沟水坡自动化监测系统；水库运行；防洪减灾 文献标识码：A

中图分类号：TV698 文章编号：1009-2374（2017）10-0172-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.086

近年来在防洪减灾和发电等方面水库所起到的作用越来越大，怎样才能更加合理科学地管理水库，尽可能发挥水库在发电与防洪方面的作用，是水库监测调度管理中的一项重要工作内容。水库一般建设在山区，受特殊的地质环境、极端灾害性天气以及人类活动的影响，泥石流、山洪及山体滑坡等自然灾害频繁发生，给当地基础设施、农作物以及生态环境造成了十分严重的破坏，因此只有加快山洪灾害的防治工作，提高山洪灾害预警监测预警能力，才能保障人民群众生命财产的安全，才有利于山区经济的稳步发展。水库自动化监测调度系统可以及时监测到雨水情况，并准确地做出预报，快速提出调度的方案，进而保证了人们的生命财产安全。

1 水库自动化调度系统

1.1 水库自动化调度系统的功能

1.1.1 水库自动化调度调系统中的两种数据。水库自动化调度调系统中包含着两种数据：一种是历史数据。历史数据是水库长期工作中积累下来的，我们可以对历史数据进行统计分析，进而对水库未来运行工作的情况做出合理化预测；另一种是对水库实时监测的数据信息。主要是监测雨水的信息、发电机组工作运行的情况、闸门工作运行的情况等。历史数据与实时数据怎样才能够快速地搜索出来，对自动化系统的数据库提出了要求。

1.1.2 网络数据信息服务的子系统。网络数据信息服务的子系统是非常关键的一个环节，这个环节设置了公用数据信息的接口，提供数据信息的访问途径，对数据信息进行访问管理，并且对访问进行监视。

1.1.3 支持多种类型数据信息。数据信息采集处理的子系统可以支持多种类型数据信息，水库调度时发送与接受水情信息。在水库的水位或者降水量超过一定标准的时候，就会触发自动的报警装置。这个系统还可以按照一定的期限对收集的数据信息进行统计，分析那个时段的水情数据信息。

1.1.4 水库图形的编辑功能。该系统可以提供水库调度所需的水库图形编辑的功能，需要编辑的水库图主要有水库的调度图、水库流域的水情图等，系统可以将这些水库图输入到水库调度Web服务器中。

1.2 控件

水库自动化调度系统的控件主要有数据接口的控件、属性接口的控件、分析处理的控件、图形显示的控件这四种控件。数据接口主要功能是获取信息数据库统一的接口。属性接口主要功能是制定控件的界面形式，比如：控件在运行工作的过程中，改变字号与颜色等。分析处理主要功能是按照设置好属性使用各种方法对数据信息进行处理分析。图形显示主要功能是把分析处理后的数据信息用图形表现出来，例如：水位变化趋势用波浪线来表现。

1.3 水库自动化调度系统的应用

水库自动化调度系统主要功能是：监视水库的降水量、水位、库容、发电的流量、入库的流量以及出库的流量等。对以上这些数据信息进行实时监测，尤其是对流域内降水量、入库的与出库流量进行实时监测，可以了解整个水库实时的运行状态，与流域内降水的情况，以便掌握整个水库实时工作运行的情况。对水库流域内的降水情况进行监视，可以获取遥测站雨量、水位站雨量以及水位的实时数据。对这些数据信息进行分析并且在流域图上面显示出来，可以得到雨水的数据以及某一时段雨水的数据。

2 沟水坡自动化监测系统

沟水坡自动化监测系统由水库水位监测GSM预警系统、水库出入水流量监测系统、水库雨量监测系统及视频监控系统、中心控制系统及组态软件五部分组成。

2.1 水位监测和GSM预警系统

2.1.1 计算机监测。通过静压液位变送器采集水库水位高度，输出模拟量信号，利用AD模块将模拟量信号转换成数字量信号传送至工业无线数传电台里面。无线数传电台再通过RS485信号把水位数字信号传送到控制中心数传电台里内，最后进入控制中心服务器里面，形成数字、图形或报表。

2.1.2 GSM预警。通过PLC设定水位上限高度，经液位计变送器利用模块信号把水位值传送到PLC内。水位超过上限值时，PLC通过数字量信号触动GSM预警模块，以短信方式给值班人员报警。

2.2 水库流量出入水流量监测系统

2.2.1 入水流量。由于管道是水泥管道且入水流量不固定，拟采用明渠式超声波流量计，又由于管道为半球形，现有流量計无法计算弧形渠流量，所以我们用分离式流量计通过超声波分别计算管道水位和库内水流速，再把水位及流速转换成数字量信号通过无线数传电台发送到中心控制室服务器上，通过计算机计算横截面积及流量速度得出入水流量。

2.2.2 出水流量。出水管道是DN900钢制管道，水流满管，所以我们采用外夹式超声波流量计，不用破坏管道结构，而且能准确通过内部计算出管道流量，再通过无线数传电台把流量值直接传送到计算机里内便可。

2.3 水库雨量监测系统

采用双翻斗式雨量采集仪，再通过数采模块把雨量仪翻转脉冲信号累加成数字信号。雨量采集仪可以置于中控中心楼顶，距离较近，可采用RS485线缆，把采集到的信号传送到中控计算机里面，最终形成图像、文字或报表。

2.4 视频监控系统

我们采用无线高清网络摄像机，在原有系统基础上增加视频信号。

2.4.1 优点：（1）百万高清摄像头画质远高于传统模拟摄像头；（2）无线WIFI传输，减少架设光纤及线缆成本及人工施工成本；（3）无线高清网络摄像机在系统连接互联网后，采用最新的云技术可以在世界各地随时通过手机、电脑及各种手持设备监控水库情况。

2.4.2 缺点：（1）小雨或雾天WIFI信号会衰减；（2）高清视频存储量大。

2.4.3 解决办法。采用大功率WIFI发射器，保证信号强度为80%、衰减后信号强度保证在50%以上便可以稳定传输视频信号，同时采用多硬盘接口硬盘录像机加大视频存储量。

2.5 中心控制系统及组态软件

该系统基于WINDOWS系统制作，操作简单，管理人员上手容易。主要数据信息都用图形、曲线、图表等形式显示，一目了然。系统具有先进实用、升级简便、扩充性强、开放性好等优点。中心软件采用人性化的图形设计，设备状况表现清晰、图形美观，操作简单、方便。数据处理采用工业专用多串口服务器，软件采用MCGS无限点组态软件，数据库采用SQL数据库。

3 水库自动化监测预警系统

水库自动化监测预警系统是结合地理信息处理技术、现代通信技术以及计算机网络等技术设计而成的综合监视管理系统，其主要包括水雨情监测系统、图像监测预警系统、预警发布系统以及移动手机客户端等多个系统，可对中小水库等易发山洪地区的水文水雨情进行实时监测，具有远程拍照实时监控以及雨量、水位超过汛限警戒值时自动报警功能。

3.1 产品特点

（1）水库自动化监测预警系统采用防雷、防雨、防潮、输入信号隔离等多项措施，确保设备安全、可靠；（2）整点、触发采集雨量水位数据，预警触发加报雨量、水位数据，具有微功耗设计，超长待机；（3）水库自动化监测预警系统定时抓拍图片，电池电压上报功能，GPRS数据通讯、短信备份，可设置自动上报式与应答式工作模式；（4）采集模块与通讯模块一体化设计，更低成本、更稳定可靠支持远程管理功能，可以实现远程参数配置、程序升级；（5）高性能嵌入式操作系统，模块化的功能设计，更容易进行外延扩展；（6）高于国家标准的工作环境能力设计，支持更宽的工作温度，多样化的配置方式，支持键盘、串口、远程三种方式；（7）接入灵活：可接入公司配套的山洪灾害监测预警系统软件平台，也可接入组态软件或用户自行开发的软件系统；（8）前置机软件自动收集遥测终端机数据，自动向上级上报数据，人性化的前置机通讯软件设计，自动化实现参数配置、历史数据查询、远程升级功能，维护方便。

3.2 技术参数

（1）信号防雷器：额定放电电流20kA；（2）微功耗RTU：RTU集3G传输模块于一体；（3）串口摄像头：RS485接口，200W像素；（4）翻斗式雨量计：分辨率0.2mm、0.5mm或1mm可选；（5）充电控制器：充电电压12V/24V，充电电流6A/8A可选；（6）DVS：与RTU网口相连接，实时采集图像通过RTU里面的3G模块传输图像；（7）半球球机：金属外壳，航空头接口，标配3.6mm镜头（镜头可选3.6mm/4mm/6mm/8mm），红外有效距离50m，DC12V；（8）水位计：浮子式水位计（格雷码或RS485接口）、雷达式水位计、超声波水位计、压力式水位计、气泡式水位计、激光水位计等可选；（9）太阳能板：10W、20W、40W可选。

4 结语

总而言之，水库自动化监测调度系统在监测水库流域降水量、水情情况、防洪抗灾方面起到的作用是非常大的，有效降低了人员伤亡與财产损失，也是我国实现智能化水利工程增强防汛抗旱能力的重要组成部分，水库自动化监测调度系统是依据水利部技术要求和行业相关技术规范开发设计的，应用技术比较成熟，对水库发电与防汛抗旱来说极其重要。

参考文献

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[2] 朱宏伟.试论水库自动化监测系统应用的问题与对策[J].科技创新与应用，2016，11（27）.

[3] 周泉，马国花.浅谈某水库安全监测设计[J].中国西部科技，2014，（5）.

作者简介：宋佳（1986-），女，江西九江人，供职于国网江西省电力公司柘林水电厂，研究方向：水利水电工程。

（责任编辑：小 燕）