基于渠道流量远程预警预报装置的设计.pdf

第10 期2023年10 月文章编号：16 7 3-9 0 0 0（2 0 2 3)10-0 0 8 0-0 3陕西水利Shaanxi WaterResourcesNo.10October,2023基于渠道流量远程预警预报装置的设计张建设（甘肃省疏勒河流域水资源利用中心，甘肃瓜州7 3 6 10 0)摘要结合渠道运行实际，旨在探索研究一种能够实时监测渠道水位变化的装置，该装置能够在出现较大水位变化或超出设定水位数值时自动反馈信息至手机或终端报警系统，实现预警预报功能。在北干渠三分闸研制安装的流量远程预警预报装置，实现了水位流量提前预警预报的功能，不再经常性往返于管理段和闸房之间，大大降低了职工劳动强度，同时，值班室工作人员接收到报警信号时可迅速做出反应，保证了下游灌区的水量平稳，有效地化解了灌区水量不稳造成的水事矛盾纠纷。【关键词渠道流量；远程预警预报；渠道安全；流量平稳中图分类号TV91文献标识码B疏勒河双塔灌区北干渠全长3 5.4 km,设计流量11.57 m/s,主要承担着为下游瓜州县瓜州镇、西湖镇2 镇12 个行政村、2个国营农场分场、3 个农业综合开发区、7 个集体农、林、场（站）的2 1.2 2 2 5万亩农田和城镇绿化的供水。北干渠三分闸作为重要的分水枢纽和调水工程，在灌区灌溉管理和工程运行中发挥着举足轻重的作用，三分闸位于北干渠13+50 0 处，主要承揽着向北干渠下游渠道输水和西湖输水渠的输水调水任务，三分闸闸前水位的平稳及及时调整是下游灌区用水稳定的基本保证。近几年，由于段站的合并和单位用人机制的改革，原本守在闸房的值班人员陆陆续续回归与撤离，使得三分闸及西湖输水渠底闸的夜间运行成为石岗墩管理段的工作重点和安全关节点，夜间闸房的无人值守致使三分闸存在一定安全隐患。为了有效预警、预报渠道水情，及时发现水量变化，结合运行实际分析总结经验，探索研究一种能够实时监测渠道水位变化的装置，在出现较大水位变化或超出设定水位数值时能够自动反馈信息至手机或其他终端的报警系统装置，从而使得管理人员马上发现渠道水位变化及时赶赴现场处置突变水位造成的险情，确保下游农业灌溉正常有序供水。1总体设计该装置结合运行实际情况，考虑有现地数据采集、处理系统、水位显示、远程声光报警系统及手机远程预警系统五部分组成I-3。现地数据采集、处理系统将现地采集的数据经过处理传输至远程声光报警系统及手机远程预警系统。能够实时监测渠道水位变化情况，准确反映水位变化并设定一定的阈值。此装置系统可设置多个预警水位，当水位到达预警水位时控制远程声光报警系统及手机远程预警系统实现远程声光报警和手机远程拨号报警。声光报警系统由警铃和警灯组成，当声光报警系统接受到渠道水位达到设定的预警水位信号时将信号发送至远程发射器，警铃警灯开始声、光报警，远在较远距离的管理段可收到报警信息，报警持续时间根据需求设定。手机远程预警系统依托远程控制器通过移动、电信等网络将预警信号传输至手机端，当水位达到设定的预警水位时，工作人员的手机马上能够接收到高水位预警拨打的电话，工作人员可根据水情及时赶赴现场处理险情。系统原理框图见图1。数数据一据采处预警集理水位图1系统原理框图1.1数据采集系统设计数据采集系统设计主要基于鸭嘴式浮球开关设计，采集点处沿渠堤自下而上每间隔10 cm设置一个鸭嘴式浮球开关，当水位到达浮球开关时开关闭合形成闭合回路，将水位信号转化为电信号，传输至双向隔离型16 路继电器控制模块。双向隔离型16 路继电器控制模块将水位信号传输至水位显示系统、远程报警系统和手机远程预警系统。工作的原理是干簧管动作原理，即在密闭的金属或塑料管内，设置一点或多点的磁簧开关，然后将管子贯穿一个或多个，中空而内部装有环型磁铁的浮球，并利用固定环，控制浮球与磁簧开关在相关位置上，使浮球在一定范围内上下浮动。利用浮球内的磁铁去吸引磁簧开关的接点，产生开与关的动作。水位显示声光报警远程报警收稿日期2 0 2 3-0 5-19作者简介张建设（19 6 5-），男，甘肃瓜州人，工程师，主要从事安全生产管理和灌区信息化技术推广运用工作。.80.第10 期2023年10 月1.2水位显示系统的设计水位显示系统的设计采用LED发光二极管来显示。LED价格便宜，易于驱动，能精确地显示出水位的高度，直观地显示出水位高度与警戒水位的差距，便于对水位高度的控制，降低危险率。根据设计要求，结合运行实际情况，决定设计16段水位显示电路，由16 组LED发光二极管组成，自上而下分别对应渠道0.1m1.7m水位数值。1.3数据处理及手机远程预警系统设计数据处理及手机远程预警系统作为本设计装置的核心部分，将数据采集模块采集的水位信号进行读取，根据设置条件进行判断，依托移动数据网络将预警信息传递至移动终端或手机，实现手机远程预警预报的的功能4-6 。数据处理及手机远程预警系统选用HK15-4G080816路云智能远程控制开关，该控制器可在AC220V/380V、D C 9-3 0 V 电压范围内运行，支持8 路继电器输出2 A,16路继电器输出2 A的输出方式，可采用手动开关和云智能APP控制两种方式。将数据采集系统采集的16 路水位信号输人至远程控制开关，并对需要预警的水位进行设置，可设置一个低水位预警值和一个高水位预警值，当水位到达预警水位值时系统将自动开启远程预警，可向多个不受距离限制的管理员手机终端发送预警信号，直至管理员到达现场妥善处置后预警解除。也可从多个手机终端上随时随地查看渠道实时水量情况。该系统对于无人值守的渠道水位信息可做到及时准确的传输、预警。1.4远程报警系统设计远程报警系统设计不同于远程手机报警系统，是将数据信号和预警信号传递至特定的点位，如机房、值班室等。远程报警系统该系统主要依托电磁波将预警信号传递至信号发射器方圆50 0 0 m内的机房、值班室，当机房、值班室的信号接收器接收到预警信号时，就控制电铃报警、警灯闪烁，尤其在夜间值班人员熟睡时，能够及时地提醒并迅速做出反应，达到预警效果。此系统功能与手机远程预警系统功能相互补充，避免了设备故障引起的漏报和移动终端或手机因出现关闭造成的不能响应，大大提高了系统运行的安全性和预警预报的及时性。本远程预警系统设备选择XYYK-01220V型高增益遥控开关，可负载电机、水泵、日光灯等设备，配置隔离电源变压器、3 0 A继电器，可根据不同使用环境在3 0 0 m5000m之间实现遥控控制，由于XYYK-01220V型高增益遥控开关使用遥控器进行控制，不能实现自动控制的功能，所以将该设备遥控器由原来的电池供电更改为直流电源供电，并对信号发射器开关进行改造设计，由手机远程控制系统控制延时继电器，再由延时继电器控制XYYK-01220V型高增益遥控开关的发射端，实现自动远程控制的功能。当值班室工作人员接收到报警信号时可迅速做出反应。2应用实例2.1北干渠三分闸流量远程预警预报装置设计在北干渠三分闸闸室垂直断面处设置16 路水位信号采陕西水利Shaanxi Water Resources集点，采集点处每间隔10 cm设置一个鸭嘴式浮球开关，根据渠道过水流量，设置高水位和低水位，当渠道内水位有所变化时，浮球接通开关形成闭合回路，继电器控制模块将水位信号转化为传输至水位显示系统、远程报警系统和手机远程预警系统，实现预警功能。运健水位颜警及水奥必调捷系缝图2 现场预警预报装置设计图2.2运行数据分析通过调度运行日志可以看出，每当加水或减水时，结合渠道从源头到三分闸，水流行径的流速规律分析，远程预警系统都能准确的预警，并且及时地提醒职工处理加减水的情况，并且管理段职工不再需要实时鳟守在闸台等水盼水，达到了灵活工作的目的。具体见表1（以4 月15日至5月10日有水量变化为例）。表1三分闸水位流量观测调水日志表观测日期观测（月日）时间加减流量/（m/s）水位/m泛4月17 日20:104月18 日09:004月19 日15:404月2 1日09:304月2 3 日08:304月2 4 日08:304月2 6 日08:304月2 8 日08:304月3 0 日16:005月5日08:305月6 日08:305月7 日08:305月8 日10:003效果分析（1）实现了水位流量提前预警预报的功能。根据北干渠每日过渠的流量，按照灌溉调度指令和日常调水规律，设置好水位上下限阈值，如出现渠道水量突增突减，鸭嘴式浮球开关自动接通，远在一公里外的管理段安装的报警系统装置会控制电铃报警、警灯闪烁，同时，手机远程预警系统会自动拔号，特别对夜间值班人员熟睡时，能及时的提醒，迅速赶赴现场，采用有效措施处理水情，通过在北干渠三分闸安装远程预警预报装置，让值班人员提前预知渠道来水变化，为处理突发险情争取了宝贵时间，实现了预警预报的功能。（2）减低了职工劳动强度和渠道巡查的频率。由于北干渠三分闸主要承担着向北干渠下游渠道输水和.81No.10October,2023西湖输水渠电铃流量/(m/s)报警0.70.970.21.060.41.171.251.2-0.81.080.251.17-0.350.990.150.98-0.50.930.20.90.550.960.20.97-0.21.003.424.114.335.534.384.463.583.433.052.813.363.473.6520:0308:5615:3009:2608:2208:2408:2808:2715:5308:2708:2508:2609:56第10 期2023年10 月西湖输水渠的输水调水任务，所以时有水量不稳，忽大忽小的情况时有发生，为保证下游灌区农户用水平稳，管理段值班人员需长时间坚守在闸台，多次的进行调水，经常性往返于管理段和闸房之间，远程预警预报装置的应用，总体上，减低了巡查的频次，可以根据警报预警的情况，分析来水情况，科学合理的安排调水和巡查频率，大大降低了职工劳动强度，提高了自动化的水平。（3）保障了渠道安全及下游水量的平稳。通过远程预警预报装置，管理段职工可随时随地地掌握渠道水位变化，不再需要频繁的到闸室去观测水位流量，远程监控水位变化，出现较大水位变化时，及时赶赴现场处置突变水位造成的险情，不仅保障了渠道和建筑物的安全，而且保证了下游灌区的水量平稳，有效地化解了灌区水量不稳造成的水事矛盾纠纷。陕西水利Shaanxi WaterResources1】阎丽凤，周雪松，吴炜，等.灾害性天气监测预警平台设计与开发J.气象科技,2 0 14（0 5).2邓红：提高气象灾害预警服务能力的对策J.现代农业科技,2 0 14(13).3王晓默，张翠，扎西亚培.气象灾害预警信息系统的设计J.气象水文海洋仪器,2 0 13（0 4）.4刘瑞全，张在霞.中国农业气象灾害监测预警系统建设J.北京农业,2 0 12(2 1).5廖永丰，聂承静，杨林生，等.洪涝灾害风险监测预警评估综述J.地理科学进展,2 0 12（0 3）.6杨林.基于GIS的福建省气候监测与灾害预警系统J.气象科技,2 0 0 5(0 5).No.10October,2023参考文献(上接第 7 9 页）q=0.579+0.012 A+0.0002B2.4.2灌水均匀度模型建立由于该型号滴灌带在新疆应用广泛，灌水均匀度是评价滴灌带水力性能的重要指标，故尝试建立清水条件下的灌水均匀度模型，为评价滴灌带的水力性能，指导滴灌带的生产设计。为检验灌水均匀度模型精度，从2 5组全试验中使用excel RAND函数随机选取五组（第2,2 1,8,3,15组）数据用于检验函数模型，其他组用于建立灌水均匀度与工作压力和长度两因素的数学模型。使用SPSS26.0对数据建立Ch=f(A,B）的函数模型，回归模型决定系数R为0.3 8 0,拟合精度较低，故尝试建立非线性模型。1stOpt的通用全局优化算法（UG04）自动搜索匹配函数模型的方法得到非线性回归模型（7），决定系数为0.8 6 0。前人研究的回归模型发现灌水均匀度三角函数的模型拟合度较高4,于是在公式C,=ksin（b i A+b,B)+b 的基础上通过计算和迭代建立本试验非线性模型，最终得到式（8）灌水均匀度模型，决定系数R为0.9 3 5，拟合精度较高。C,=-13.512+0.346 1n(A)+13.661 ln(B)-0.178 ln(A)2_4.445 1n(B)+0.0051n(A)*+0.492 1n(B)*+0.147 ln(A)ln(B)+0.040 ln(A)ln(B)+0.065 In(A)In(B)2(7)C,=0.030 sin1.135 sin(A 1.002)+0.946 sin(B 1.015)-0.016 sinsin(A)+0.073 cos(B)-0.006 sin(A 1.000 B)+0.00001 A B-0.007 sin(A 1.015+0.982 B)+0.944(8)将检验的五组（第2,2 1,8,3,15组）数据带人式（7)和式（8）检验，计算见表5。使用1stOpt的通用全局优化算法（UG04）自动搜索匹配函数模型计算的灌水均匀度与实际试验获得的灌水均匀度误差在7.9 8 4%以内，三角函数选代模型误差在1.610%以内，式（8）模型精度较高。铺设长度与工作压力两.82.(6)因素对灌水均匀度和流量变异系数的影响趋势相近，两指标都可评价流量均匀性，因此不再建立流量变异系数与两因素的模型。表5模型检验式(7)组号AB试验公式计C.值误差算C.值算C.值220200.969320258402515603521100153结语基于节水灌溉技术在田间大棚种植模式的广泛应用，因此必须对滴灌带的重要水力性能指标进行分析。通过物理实验和数值模拟，一方面提出适合大棚种植模式的最佳工况，指导节水设备的应用，带动农业种植模式向智能化、科技化转变。另一方面流道的优化建议和相关指标模型的建立，为滴灌带生产厂家提出优化设计参考。参考文献1廖佐毅，张庐陵，廖章一，等。浅析我国农业节水灌溉技术研究及进展J.南方农机，2 0 2 1,52（0 7）：8 4-8 6.2GB/T50485-2009,微灌工程技术规范S.北京：中国计划出版社，2 0 0 9.3高传昌，高余鑫，孙龙月基于标准k-8紊流模型的泵站进水管路水力特性研究.灌溉排水学报，2 0 2 1,4 0（0 5）：10 6-113.4张慧.单翼迷宫式滴灌带堵塞性能影响研究D.乌鲁木齐：新疆农业大学，2 0 2 1.式(8)公式计误差0.9690.046%0.9720.9430.9530.9330.9450.9172.913%0.9760.8980.9602.933%0.9632.112%0.9590.9307.984%0.9740.969%0.936%0.673%1.610%0.227%