李 亮

（山東省臨沂市水利勘測設計院，山東 臨沂 276000）

高湖水庫擔負著其流域上下游的防洪保護任務，是以防洪、灌溉為主的大型水庫。因此，該水庫的防汛工作十分重要。本文針對高湖水庫擴容及灌溉工程現(xiàn)狀，對該水庫防汛通訊與水情預報系統(tǒng)的設施進行探討分析，以便能夠較快而準確地向有關部門上報汛情資料[1]。

1 工程概況

高湖水庫擴容及灌溉工程設計灌溉面積74.2 km2，高湖水庫原有溢洪道改建為有閘控制；新建或改建東干渠15.66 km，采用1.5 m×3.7 m 鋼筋混泥土暗涵輸水，設計灌溉取水口41個，安全引水口5 個；西干渠及一分支改建長度4.33 km,設計灌溉取水口4 個，安全引水口3 個。

2 水庫管理系統(tǒng)

2.1 管理中心系統(tǒng)

水庫管理系統(tǒng)的工作流程主要為將監(jiān)測信息匯集到相應的水庫管理中心，并由該管理中心主站完成數(shù)據(jù)存儲與管理、水利計算、圖形/曲線顯示、報表管理和打印、安全預警、故障報警、水量調度，以及設備管理、負荷預測、視頻監(jiān)控等功能。同時，在滿足本地信息管理的基礎上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上級轉發(fā)[2]。管理中心配置調度指揮中心平臺，對高湖水庫閘門運行進行直接管理，實現(xiàn)啟閉機室、配電室等的無人值守遠程操作以及重點部位視頻監(jiān)控；對水庫東西干渠共計53 個取水口進行全天候流量監(jiān)控以及視頻監(jiān)控。

2.2 管理中心設備

管理中心部署服務器，工作站、UPS 電源、打印機、移動數(shù)據(jù)專線，飲水安全管理軟件、數(shù)據(jù)庫軟件及防火墻等，設置大型拼接屏（3*3）用于信息管理與會議需求。本項目管理中心設備主要包括:數(shù)據(jù)庫/WEB 服務器；調度監(jiān)控工作站；網(wǎng)絡與通信設備；不間斷電源UPS；大屏幕顯示系統(tǒng)。

3 高湖水庫溢洪閘自控系統(tǒng)

3.1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式控制，信號傳輸基于工業(yè)通訊數(shù)據(jù)總線；同時具有現(xiàn)場視頻監(jiān)視功能，使用安全可靠。高湖水庫閘門現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式安裝，分散安裝于各自動化機旁箱內，如圖1 所示。其主要任務是完成閘室現(xiàn)場的信號采集、處理、顯示以及上傳工作，同時接受各種控制命令，以實現(xiàn)閘門的啟閉和自動控制。支持無線、光纜等通信方式，支 持 RS-232/485、Modbus/ProfiBus 現(xiàn) 場 總 線 及 以 太 網(wǎng)（TCP/IP）等接口方式。各子系統(tǒng)通過通訊總線實現(xiàn)與管理所中控室相連，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化控制。通訊線路基于光纖通訊。

圖1 高湖水庫溢洪閘閘門監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)主控級功能：數(shù)據(jù)巡檢和處理、安全運行監(jiān)視、事件順序記錄、定時、人工報表打印、記錄、事故處理指導和恢復操作指導、工程設備運行管理、系統(tǒng)診斷等。現(xiàn)地LCU 功能：數(shù)據(jù)的實時采集和處理、具有限制非法操作者的軟、硬件多重閉鎖功能、可在現(xiàn)地LCU 柜上實現(xiàn)設備自動控制和手動控制的切換、與主控級實時通訊。

3.2 安全監(jiān)測子系統(tǒng)

高湖水庫閘壩安全監(jiān)測系統(tǒng)為分布式網(wǎng)絡結構，主要設備包括水庫自動化系統(tǒng)前置機、現(xiàn)場測量控制單元（MCU）設備、傳感器及通訊網(wǎng)絡四大部分。

MCU 放置在涵閘的觀測房內，與傳感器進行聯(lián)接；前置機作為通信處理機，為一或兩臺工業(yè)控制機（IPC），通過現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)將其與測站內的各個MCU 聯(lián)接，以完成數(shù)據(jù)的采集與處理，并及時上傳到水庫調度自動化系統(tǒng)；水庫調度自動化系統(tǒng)除需完成數(shù)據(jù)存儲、信息共享、故障預測和報警等功能外，也綜合水情、水文、氣象等信息，對水庫安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了進一步的實時分析，更加準確地得出水庫的安全狀態(tài)和發(fā)展態(tài)勢，為涵閘的安全運行提供數(shù)據(jù)參考。

本系統(tǒng)共5 孔閘門，擬設計三個斷面，采用485 工業(yè)通訊總線進行通訊。系統(tǒng)結構如圖2。

圖2 高湖水庫溢洪閘安全監(jiān)測子系統(tǒng)

4 高湖水庫取水口遠程監(jiān)測系統(tǒng)

本系統(tǒng)共涉及取水口53 處，其中東干渠，灌水口：馬牧池17 個、岸堤鎮(zhèn)24 個。飲水口：馬牧池3 個、岸堤鎮(zhèn)2 個。西干渠，灌水口：岸堤鎮(zhèn)4 個。飲水口：岸堤鎮(zhèn)3 個。每一個取水口設置監(jiān)測站一個，監(jiān)測取水口的流量、壓力及視頻等，系統(tǒng)基于市電和太陽能供電的雙電源設計，確保系統(tǒng)可靠運行。

監(jiān)測過程中通過GPRS 和3G 網(wǎng)絡將所有信息上傳到水庫管理中心，實現(xiàn)自動化的全時段監(jiān)控，以掌握高湖水庫取水口供水管網(wǎng)實時運行情況，發(fā)現(xiàn)如供管網(wǎng)壓力過高、水管爆管、水質超標等管網(wǎng)異常問題及時進行處理。處理方式是借助GPRS網(wǎng)絡將各種數(shù)據(jù)信息實時傳送到水庫的監(jiān)控中心，并由GSM短信告知管理人員存在的問題，以及時處理各種異常情況，最大程度降低損失。

同時，基于GIS 系統(tǒng)（圖3），將高湖水庫取水口的基礎地理信息數(shù)據(jù)和供水工程數(shù)據(jù)進行加工整合，建立與實際工況較為符合的整個供水工程的虛擬現(xiàn)實場景，實現(xiàn)供水工程虛擬現(xiàn)實場景的合理化遷移，以便完成供水設備查詢、空間定位和可視化管理、供水信息實時監(jiān)控等操作，為監(jiān)控工作提供一個供水工程三維信息化輔助管理和決策平臺。

圖3 高湖水庫取水口GPRS 通訊方案示意圖

視頻通信部分，優(yōu)先考慮有線接入，在無有線接入地區(qū)，通訊網(wǎng)絡基于GPRS 或聯(lián)通3G 無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)大范圍內網(wǎng)絡運行狀態(tài)監(jiān)測，為用戶省節(jié)省網(wǎng)絡建設和維護費用，實時性高，組網(wǎng)費用低。經(jīng)過我方在近年多個成功項目實施中的測試結果，在大部分項目所在地， 中國移動TD-SCDMA、中國電信CDMA2000（EVDO）在網(wǎng)絡覆蓋不到位、信號強度稍差的時候至多只能傳輸2 路監(jiān)控視頻，只有中國聯(lián)通WCDMA 能穩(wěn)定傳輸4 路監(jiān)控視頻，因此一般主選WCDMA、次選CDMA2000，鑒于本項目傳輸網(wǎng)絡部分地區(qū)偏遠情況，TD-SCDMA 更是難以保證穩(wěn)定可靠傳輸，因此不建議采用該3G 制式作為本項目傳輸通道。優(yōu)先考慮GPRS 和聯(lián)通 3G。

5 結語

隨著科學技術的發(fā)展，水利信息自動化水平得到不斷提高，其在水庫工程中的應用也越來越廣泛。高湖水庫自動化系統(tǒng)采用當前國際上先進的自動化管理技術，整個監(jiān)測系統(tǒng)操作較為靈活簡便、易于掌握，可以形成精度較高的虛擬現(xiàn)實場景模擬圖，采集到較為準確的工程實況信息，及時處理了水庫運行過程中存在的問題。且該系統(tǒng)采用模塊式結構，預留有與其他系統(tǒng)的接口，可隨時增加其他控制模塊。該系統(tǒng)的建立，對保證水庫安全運行和經(jīng)濟效益發(fā)揮十分必要的作用。