水库灌区工程信息化设计说明

PAGEPAGE1水库灌区工程信息化设计说明1概述1.1工程概况1.2信息化系统总体部署根据水利部《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》、《水利部于加强重大水利工程数字孪生项目设计的通知》（办规计[2022]323号）、《水利部办公厅关于开展数字孪生灌区先行先试工作的通知》（办农水函〔2022〕1163号）等文件的要求，结合行业相关法律法规、标准规范和政策文件，在梳理碴口石水库灌区建设目标和灌区信息化建设需求的基础上，通过实施灌区信息化建设，推进与上级水管部门和其他相关部门信息管理系统的互联互通，促进信息融合共享，增强灌区管理的标准化、数字化、网络化和智能化，并以预报、预警、预演、预案这“四预”为抓手，实现灌区运行管护动态信息化管理，大幅度提高监测感知、信息传输、应用支撑、业务处理和运行管理的水平。灌区信息化系统采用多通道动态监测装置，其中包超声波流速一体机、雨量计、视频监控系统、闸门（闸阀）自动化控制、无线通信技术等。实现对灌区的雨量、水量、土壤墒情、工程运行情况进行全天候化远程信息监测，水雨情、墒情系统、用水量测设施及视频监控系统、远程自动化控制系统等联合构建灌区蓄水、用水、防汛抗旱等综合信息化平台；通过建设完善自动化、持续化、智能化的前端感知系统，搭建安全、稳定、高效通信与计算机网络，构造实现各类信息的汇集、整编、存储、共享、应用与管理的数据资源池，构建以GIS+BIM平台、微服务平台、统一身份认证平台等为核心的应用支撑平台，开发包含用水量测、远程自动控制、视频监视等核心业务为一体的综合业务应用系统，并配套建设全套网络信息安全设备设施以保证系统安全稳定运行。2设计依据2.1主要政策文件（1）《水利信息化资源整合共享顶层设计》；（2）《“十三五”国家信息化规划》（国发〔2016〕73号）；（3）《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发〔2015〕40号）；（4）水利部关于印发加快推进智慧水利的指导意见和智慧水利总体方案的通知（水信息[2019]220号）；（5）水利部关于印发水利网信水平提升三年行动方案（2019-2020年）的通知（水信息[2019]171号）；（6）《水利信息化顶层设计》（水文〔2010〕100号）；（7）《水利信息化标准指南》（水利部2007年5月）；（8）《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》（发改高技〔2014〕1770号）；（9）《重庆市水安全保障“十四五”规划（2021—2025年）》。（10）《水利部关于印发加快推进智慧水利的指导意见和智慧水利总体方案的通知》（水信息〔2019〕220号）；（11）《国家水资源监控能力建设项目水资源调度通用软件开发需求分析》；（12）《互联网安全保护技术措施规定》（公安部82号令）；（13）《关于开展全国重要信息系统安全等级保护定级工作的通知》（公信安〔2007〕861号）；2.2主要规程规范（1）《水利水电工程通信设计规范》（SL517-2013）（2）《水电水利工程通信设计内容和深度规定》（DL/T5184-2004）（3）《水利系统通信业务导则》（SL292-2004）（4）《数据中心设计规范》（GB-50174-2017）（5）《水文资料整编规范》（SL247-2012）（6）《水工建筑物与堰槽测流规范》（SL537-2011）（7）《水利网络安全保护技术规范》（SL/T803-2020）（8）《信息安全技术信息系统安全等级保护基本要求》（GB/T22239-2019）（9）《水利网络安全保护技术规范》（SL/T803-2020）（10）《信息系统安全等级保护管理办法》（公通字[2007]43号）（11）《关于开展全国重要信息系统安全等级保护定级工作的通知》（公信安[2007]861号）（12）《水利部关于印发水利网络安全管理办法（试行）的通知》（水信息[2019]233号）（13）《水利水电工程水文自动测报系统设计规范》（SL566-2012）（14）视频安防监控系统工程设计规（GB50395-2007）（15）《信息技术设备用不间断电源通用规范》（GB/T14715-2017）（16）《灌溉渠道系统量水规范》（GB/T21303-2017）（17）《水利视频监控系统技术规范》（SL515-2013）（18）《实时雨水情数据库表结构与标识符》（SL323-2011）（19）《水利工程建设与管理数据库表结构及标识符》（SL700-2015）（20）《水文数据库表结构及标识符》(SL/T324-2019)（21）《水质数据库表结构和标识符标准》（SL325-2014）（22）《水资源监控管理数据库表结构及标识符标准》（SL380-2007）（23）《水利政务信息数据库表结构及标识符》（SL707-2015）（24）《空间数据库表结构及标识符》（SZY304-2018）（25）《基础地理信息要素分类与代码》（GB/T13923-2006）（26）《基础数据库表结构及标识符》（SZY301-2013）（27）《监测数据库表结构及标识符》（SZY302-2018）（28）《业务数据库表结构及标示符》（SZY303-2018）（29）《水利空间要素数据字典》（SL729-2016）（30）《水利基础数字地图产品模式》（SLZ351-2006）（31）《水利工程基础信息代码编制规定》（SL213-2012）（32）《水文监测数据通信规约》（SL651-2014）（33）《灌溉渠道系统量水规范》（GBT21303-2017）（34）《运行维护》（SZY505-2019）（35）《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2015）（36）《水文自动测报系统设备基本技术条件》（SL/T102-1995）（37）《计算机软件开发规范》（GB/T8566-2007）（38）《计算机软件文档编制规范》（GB/T8567-2006）（39）《计算机软件需求说明编制指南》（GB9385-2008）（40）《电子会议系统工程设计规范》（GB50/799-2012）（41）《建筑物防雷设计标准》（GB50057-2010）（42）《水利对象基础数据库表结构及标识符》（SL/T809）（43）《水利水电工程信息模型设计应用标准》（T/CWHIDA0005-2019）（44）《水利信息系统运行维护规范》(SL715-2015)（45）《计算机软件测试规范》（GB/T15532-2008）（46）《水利网络安全管理办法（试行）》3建设目标（1）总体目标碴口石灌区信息化建设的总体目标是实现灌区管理的现代化，将现代通讯与测控技术、数字视频技术、计算机网络技术等应用于灌区管理，建立一个灌区智慧化运管平台，以提高灌区管理水平。通过灌区信息化工程建设，实现灌区信息采集自动化、传输网络化、决策分析智能化，为灌区水资源的优化配置、高效利用提供调度运行决策支持。从而保证灌区水资源的科学合理调度，使灌区各工程充分发挥灌溉效益，促进灌区社会经济环境的协调发展。（2）具体目标结合碴口石水库中型灌区总体布置，通过在灌区主要控制节点布置量测水设施，实现灌区骨干工程交接水断面用水计量率达到100%，实现灌区的水资源管理和调度的科学性；同时，在灌区渠首泵站、骨干输水管（渠）道的重要控制节点，布设远程自动化控制系统及视频监控系统，赋予灌区在特殊情况下的应急响应能力及管理可视化服务。以灌区泵站、管（渠）道工程为基础，结合前端感知体系建设，汇聚灌区实时用水量测、工程运行、地理空间等信息，建设灌区“一张图”，实现灌区管（渠）道可视化控制及监管，提升灌区水资源管理能力，提高灌区水资源调度效率。以碴口石灌区工程建设为契机，打造碴口石灌区智慧运管一体化平台，同时在软件平台内置可扩展模块，为未来建设合川区智慧灌区运管平台提供基础支撑。4需求分析4.1基本情况碴口石水库灌区工程通过对毛狗坡提灌站、碴口石二级提灌站、卫星2#提灌站等3座提灌站进行重建，同时新建卫星1#提灌站和喻家坝提灌站，并新建输水管道以及对自流渠进行整治。从而满足灌区1.72亩灌面的用水需求。灌区覆盖范围较广，渠首提灌站较为分散，输水管（渠）道里程长，分水口众多；且灌区地形多为丘陵区，部分管（渠）道沿线交通不便，若完全依靠人工手动控制灌区运行，管理难度较大、耗费人力多，管理效率低。碴口石灌区管理用房位于水库大坝右坝肩，管理房现状完好，供电、防雷设施齐备，本次可以将碴口石灌区现场工作站布置于碴口石水库管理房内；另外，合川区水利局二楼建有合川区水旱灾害防御指挥中心，配备有中控大屏、操作台及会议桌等设施。结合灌区工程管理实际情况，本次拟将灌区管理中心布设于该中心内。4.2需求分析4.2.1总体需求规划建设的碴口石水库中型灌区覆盖范围广、渠首提灌站较为分散，输水管（渠）道里程长，分水口众多，灌区涉及二郎镇及盐窝镇的9个行政村，分为7个灌片。因此，灌区管理任务量大，急需配合前端感知体系建设、搭建一个统一、有效的信息化业务管理平台，便于管理所快速、全面了解灌区动态，为工作人员提供高效办公的技术支持，简化工作流程，实现工作效益的最大化。同时，结合现有水利信息化资源和构建急用业务应用的基础上，进行数据资源、业务应用、基础设施、安全体系和技术保障条件等范畴的整合共享，优化水利信息化资源配置。4.2.2功能需求（1）信息感知和预警1）监测和调控灌溉水量：灌区管理任务的核心之一是监测和调控灌溉水量。通过用水量测设施实时监测灌区内的水量使用情况，可以精确掌握灌溉水量，避免浪费和缺水情况的发生，保障农作物的正常生长。2）优化灌溉计划：基于用水量测设施获取的数据，灌区管理人员可以分析作物生长的需水量，制定科学合理的灌溉计划，确保作物得到适量的水分供给，提高农业生产效益。3）提高用水效率：通过灌区用水量测设施的监测和分析，灌区管理人员可以发现水资源利用的瓶颈和不足之处，及时调整灌溉方案，优化用水结构，提高用水效率，实现节水目标。4）应急响应和灾害预警：灌区管理任务还包括应对突发情况和自然灾害。用水量测设施可以提供实时数据支持，帮助管理人员及时做出决策，应对干旱、水灾等自然灾害，保障农田和作物安全。5）数据分析和决策支持：灌区管理任务也需要对用水量数据进行分析，挖掘有用信息，为决策提供科学依据。通过数据分析，可以不断优化灌溉管理策略，提高农业生产效率和质量。6）技术支撑要求灌区现状用水量测设施极不完善，为了达到灌区管理者与下游用水组织（协会）间的分水断面实现100%测控的目标，迫切需要建立完善的的用水计量基础设施。能够实施监控灌区主要取水口及干支渠各管理分界断面的用水量测，从而为灌区科学调配水资源和制定年度用水计划提供依据。（2）业务应用需求1）水雨情查询信息服务构建集传输、处理、存储、发布于一体的水雨情查询系统，实现气象、水雨情、土壤墒情、工情、水量等各方面业务信息，建成水文信息共享与服务平台，为水资源管理、防汛防旱等提供依据更全面、更准确、更快捷、更科学的水文信息服务。进一步布局水文业务应用系统，满足水利各类业务和其他行业对水文水资源预测预报的需求，全面加快水文现代化建设。2）抗旱减灾紧密围绕防汛综合业务需求，实现实时灾情预警、领导决策、工程调度、抗旱救灾等多环节的信息化，及时、有效掌握灌区动态，有效提升灌区防汛抗旱能力和水平。在水旱灾害发生前,在对灌区水雨情、工情全面分析的基础上，结合预判的未来降雨情况，及时进行防汛预警信息发布，同时配套灌区各个水库、闸泵等水利工程科学有效采取防范措施，最大限度地避免重大灾情发生。3）移动应用服务进行业务应用的移动化改造，面向不同用户群体，分别采用APP服务的形式，为用户提供移动应用服务。（3）数据中心需求水利数据中心是水利信息化建设的重要基础。按照重庆市的相关建设要求，通过各级部门协同努力，建立数据更新维护工作机制和工作平台，建成数据逻辑集中、内容完整准确、表达标准唯一、更新协调统一、信息安全共享的水利数据中心，满足各项水利业务应用系统运行对水利信息资源的需求，为水利管理、防汛减灾和辅助决策提供丰富的信息资源。1）数据资源目录及实体数据按照“一数一源”原则，基于统一的标准规范，对分散在各科室、各领域、各乡镇的数据资源进行调查与梳理，结合未来整体信息资源规划考虑，形成统一管理和服务的资源目录体系，为水利管理提供统一的数据资源发现和定位服务，实现不同科室之间数据资源共享和管理。对现有的信息资源进行梳理，建立水利信息数据目录，主要包括基础数据、专业数据和专题数据。2）数据整合共享实现与相关业务部门的数据交换与业务联动。主要包括市、区县信息资源整合共享，水利业务数据交换及与气象、自然资源、生态环境等部门的数据交换等。数据交换的方式主要包括基于数据库复制的数据同步和基于消息机制的数据推送，大数据量情况下也可在交换体系的管理下实施脱机的介质交换。3）地理数据服务在整合各类水利信息资源的基础上，利用GIS技术、数据库技术等，构建各类地理数据服务，为综合信息展示提供可视化地图支撑。4）视频数据服务在设备厂商提供的视频监控平台的基础上，进行二次开发，构建水利信息化项目的视频数据服务接口，分别提供实时数据类服务、历史数据类服务。5）保证环境及支撑服务为各业务系统提供保证环境及支撑服务，建立数据管理系统、存储系统、网络系统、可视化系统等。（4）性能需求1）系统高效性系统运行效率主要以系统处理能力、运行时间及响应时间来衡量，响应时间指用户按确认键至系统成功应答信息的时间间隔。系统在正常情况和极限负载条件下，能够处理不断增加的访问请求，要求在一定资源的条件下，选择合理的设计方案，设计较优的算法，力求响应速度快捷，且有良好的响应性能，以满足用户的要求。系统运行速度除受数据量、数据模型的复杂程度、代码性能等影响外，还受服务器性能、网络带宽、用户数等硬件环境影响。从实用考虑，在网络带宽保证的情况下，一般响应时间应在3秒以内，复杂的大数据量运算，响应时间也应在5秒以内。2）系统稳定性软件平台7×24小时不间断稳定运行，并应有足够的备用措施，现场采集设施可在连续阴雨天气下长期稳定工作，故障发生后能尽快恢复正常运行。系统具备良好错误处理能力、容错能力以及冗余备份能力，能够最大限度避免局部故障而引起整个系统的瘫痪。3）系统可靠性可靠性指系统运行过程中的抗干扰和正常运行能力。系统必须具有稳定可靠的性能，确保各系统能够经受长期的运行考验，保证信息采集、传输、存储和查询的正确性与完整性。系统运行过程中要求要有用户使用日志，系统运行的网络状况直接影响到本系统软件运行的稳定性与速度性能等，要求系统运行的网络环境要稳定、可靠，有较好的检错能力，一旦发故障，能够迅速恢复，并且保证重要数据不丢失，应保证7*24小时运行。4）系统并发量桌面端用户主要是合川区水利局相关科室及水利设施运行管护中心，并发量需要考虑不同时间系统的访问量。考虑到不同用户的访问频率，要求支持150人同时在线进行系统访问、操作，并且统能够稳定可靠的运行。数字灌区门户支持100用户并发访问，满足300人同时在线操作，信息类内容要求静态化，并且系统能够稳定可靠的运行。（5）安全需求按照信息密级，在不同的信息安全域实施相应的安全等级保护；对不同安全等级的信息，通过身份认证和访问控制，实现授权访问；同时整个系统具备数据备份、恢复和应急响应等功能。5总体设计5.1设计原则灌区信息化设计要坚持以灌区实际需求作为出发点，将灌区管理涉及的工程管理、量测水管理、配水调度管理、水费征收管理、防汛抗旱管理、项目建设管理等内容统一纳入到系统中，为灌区提供完善的业务功能模块，同旪也为未来灌区数字孪生平台的搭建提供基础支撑。主要设计原则如下：（1）需求牵引，应用主导。坚持以需求为导向的原则，紧紧围绕提高灌区综合管理水平作为核心需求，进行各系统的设计和建设，充分满足碴口石水库灌区管理的实际业务需求。（2）统一标准，资源共享。加快推进标准化与规范化建设，全面推进灌区信息资源的交互共享，打破信息壁垒，消除信息孤岛，深入挖掘海量信息资源价值，提升信息资源利用效率和应用能力，支撑和促进灌区信息资源的广泛共享和深度开发。（3）建管并重，务求实效。在确保信息化建设质量、进度和安全的同时，进一步理顺管理体制，明确管理职能，落实管护经费，加强信息化工程管护，通过统筹建设、集中管理，持续维护，确保信息系统建设的整体效益和可持续性。（4）技术先进，安全可靠。坚持开发和应用高新技术，包括物联网、微服务、移动互联等，但同时也要兼顾项目建设成本，选择成熟可靠的技术，确保系统运行稳定。5.2基础架构按照《水利部办公厅关于推进数字灌区建设技术指导意见》相关要求，碴口石水库中型水库灌区信息化建设的总体框架为：以政策、制度、标准为基础，以网络安全为保障，建设立体感知、自动控制、智能应用、信息服务和支撑保障五大体系。图5.2-1灌区信息化系统框架图立体感知体系：建设水源、渠首、分水、配水等水量自动监测，为智慧灌区提供数据支持。自动控制体系：建设闸阀、泵站等自动控制，实现有人值班、无人值守的目标。支撑保障体系：通过搭建通信网络、数据中心、平台框架，为灌区信息化系统构建多维并重的支撑保障。智能应用体系：通过管理中心业务应用信息基础建设，软件系统功能要求开发，实现灌区用水管理、工程管理、配水调度管理等业务管理新模式，提升灌区工作效率。信息服务体系：通过建设手机APP、微信公众号，实现灌区信息发布由被动改为主动。5.3系统分层设计碴口石中型灌区信息化系统建设拟在前端感知体系建设完成的基础上，按照系统框架及功能需要，可分为基础层、数据层、服务层、展现层。以提供数据集成、服务集成（系统集成方式如WebService、URL、API、Iframe等集成形式），从而实现系统的集成应用。（1）基础层为平台开发提供算法算力算据支撑，通过应用中间件打通用户与系统之间的应用通道，并提供信息安全，保障应用平台稳定运行。（2）数据层基于ETL技术对数据进行汇聚治理后进行存储管理，动态采集数据、业务数据、地理空间数据生成后又动态进入到大数据库中进行统一的管理。所有数据都以数据服务的方式对外应用，保障数据的安全，系统运行的安全。（3）应用层应用层主要是模块化设计，以统一用户管理为基础，所有用户都接受统一认证和授权，用户登录系统后所有的操作都会被动态监控并记录下来，所有历史轨迹留痕。（4）展示层主要支持PC端、移动端、大屏端等对灌区一张图、水资源配置、调度四预、工程运行管理等业务应用方向的应用进行呈现和交互操作支持。图5.3-1灌区信息化系统分层示意图5.4关键技术5.4.1服务展示层技术（1）HTTPSHTTPS是一种安全的超文本传输协议，使用TCP端口443，他的数据会用PKI中的公钥进行加密，这样抓包工具捕获到的数据包也没有办法看包中的内容，安全性大大提高，要解密数据的话就要用到PKI中的私钥。因此，本项目web端的业务应用系统均通过HTTPS访问。（2）HTML5HTML5是最新的HTML标准。HTML5是专门为承载丰富的web内容而设计的，并且无需额外插件。HTML5拥有新的语义、图形以及多媒体元素。HTML5提供的新元素和新的API简化了web应用程序的搭建。HTML5是跨平台的，被设计为在不同类型的硬件（PC、平板、手机等等）之上运行。5.4.2业务应用层技术微服务微服务架构是一项在云中部署应用和服务的新技术。微服务的基本思想在于考虑围绕着业务领域组件来创建应用，这些应用可独立地进行开发、管理和加速。在分散的组件中使用微服务云架构和平台，使部署、管理和服务功能交付变得更加简单。微服务是利用组织的服务投资组合，然后基于业务领域功能分解它们，在看到服务投资组合之前，它还是一个业务领域。JavaEE采用多层分布式应用模型，JavaEE将应用开发划分为多个不同的层，并在每一个层上定义组件。各个应用组件根据他们所在的层分布在同一个或不同的服务器上，共同组成基于组件的多层分布式系统。典型的JavaEE四层结构包括客户层、表示逻辑层（Web层）、商业逻辑层和企业信息系统层，具有自动负载平衡、可伸缩、容错和具有故障排除等功能。部署在JavaEE环境中的组件将自动获得上述特性，而不必增加额外的代码开销。VUEVue是一套用于构建用户界面的渐进式框架。与其它大型框架不同的是，Vue被设计为可以自底向上逐层应用。Vue的核心库只关注视图层，不仅易于上手，还便于与第三方库或既有项目整合。另一方面，当与现代化的工具链以及各种支持类库结合使用时，Vue也完全能够为复杂的单页应用提供驱动。WebGIS一种基于互联网和地理信息系统（GIS）技术的应用，旨在帮助用户以交互方式浏览、查询、分析和可视化地理空间数据。它将地理信息可视化呈现在Web浏览器中，为用户提供了在地图上查看、理解和利用地理数据的便捷方式。5.4.2应用支撑层技术JavaNIOJavaNIO（NewI/O）是Java平台提供的一组用于进行非阻塞I/O操作的API，它引入了一种更灵活、更高效的I/O模型，以满足现代应用对高性能、可伸缩性和并发性的需求。相对于传统的阻塞I/O（BlockingI/O）模型，JavaNIO的非阻塞I/O模型更适用于构建需要处理大量并发连接和高吞吐量的网络应用程序。NettyNetty是一种开源的、高性能的网络应用程序框架，提供了强大的异步事件驱动机制。Netty可提供高性能、低延迟、易于使用的网络通信解决方案，因此在众多领域中都得到了广泛应用，包括互联网、大数据、物联网等。SpringCloudSpringCloud基于SpringBoot，提供了一系列可配置的组件，在SpringCloud微服务开发和治理框架下，对SpringCloud组件工具集进行配置，为业务系统提供分布式系统（应用开发服务、组件开发服务、地图开发服务、搜索开发服务、组织机构应用服务、消息提醒应用服务等）操作的应用支撑服务。5.4.3数据资源层技术FlumeFlume是一个高可用的，高可靠的，分布式的海量日志采集、聚合和传输的系统，Flume支持在日志系统中定制各类数据发送方，用于收集数据；同时，Flume提供对数据进行简单处理，并写到各种数据接受方(可定制)的能力。Flume提供了从console(控制台)、RPC(Thrift-RPC)、text(文件)、tail(UNIXtail)、syslog(syslog日志系统)，支持TCP和UDP等2种模式，exec(命令执行)等数据源上收集数据的能力。SqoopSqoop主要用于在Hadoop（Hive）与传统的数据库（MySQL、PostgreSQL等)间进行数据的传递，可以将一个关系型数据库（例如：MySQL、Oracle、PostgreSQL等)中的数据导进到Hadoop的HDFS中，也可以将HDFS的数据导进到关系型数据库中。HDFSHadoop分布式文件系统（HDFS）被设计成适合运行在通用硬件上的分布式文件系统。它和现有的分布式文件系统有很多共同点。但同时，它和其他的分布式文件系统的区别也是很明显的。HDFS是一个高度容错性的系统，适合部署在廉价的机器上。HDFS能提供高吞吐量的数据访问，非常适合大规模数据集上的应用。KafkaKafka是一种高吞吐量的分布式发布订阅消息系统，它可以处理用户在网站中的所有动作流数据。这种动作(网页浏览，搜索和其他用户的行动)是在现代网络上的许多社会功能的一个关键因素。这些数据通常是由于吞吐量的要求而通过处理日志和日志聚合来解决。对于像Hadoop一样的日志数据和离线分析系统，但又要求实时处理的限制，这是一个可行的解决方案。Kafka的目的是通过Hadoop的并行加载机制来统一线上和离线的消息处理，也是为了通过集群来提供实时的消息。6分项设计6.1前端感知体系建设碴口石水库灌区前端感知体系主要由用水量测设施、雨量监测系统、土壤墒情监测系统、视频监控系统组成。6.1.1用水量测设施建设内容及思路本工程拟新建的用水量测设施共有346处：包含有渠道量测水系统2处，管道量测水系统326处，管道自动化测控系统7处，泵站自动化测控系统11处。根据输水通道类型和管理单位与农民用水组织的管理界面关系，拟定分别采用渠道量测水系统，管道量测水系统，管道自动化测控系统，泵站自动化测控系进行本灌区的用水量测，以实现灌区管理的主要取水口的用水计量率达到100%的目标。其中泵站自动化测控系统建设内容详见6.2.2节。渠道量测水系统（1）系统概述水位流量监测系统可远程监测渠道的水位、流量数据，采用无线通讯方式实时传送数据信息，帮助管理人员及时了解水位情况、干渠及支渠流量情况，为灌区的防汛、配水调度提供数据支撑。（2）站点布设渠道量水设施在碴口石水库自流渠渠首以及右支渠渠首各设置一套，可实时远程监测渠道的水位、流速数据，换算得渠道流量后采用无线通讯方式实时传送数据信息。（3）系统组成渠道量测水系统采用自动监测水位、流量、监测站以无人值守、有人看管的管理模式建设。主要由雷达水位流速一体机、遥测终端（RTU）、供电设计、避雷设备等构成。雷达水位流速一体机作为前端设备采集水位、流速数据，通过遥测终端与GPRS的通讯方式，将测得的数据传送至云服务器进行数据解析，并通过智慧灌区运管平台进行展示，从而达到自动采集、自动传输和自动显示信息的目的。1）雷达水位流速一体机雷达水位流速一体机采用平面微波技术，用多普勒雷达原理测量水流的表面流速，利用内置的微带雷达技术测量水位。其自带流量计算模块，依据流速-面积法，先测得水位换算出断面面积，再由表面流速结合断面参数换算出平均流速，通过建立圆形、矩形和梯形等明渠断面流速分布的经验公式，结合水力模型算法来求取流量；是一种非接触式的，在不改变渠道、河道、管道等边界条件下准确测量流量的测流仪器。2）遥测终端（RTU）遥测终端和雷达水位流速一体机连接在一起，能够采集设备测得的信号，并通过一定技术将信号转换成可发送至通信媒体的数据格式进行传输。同时，它也能将监控中心发来的数据转换成命令，直接作用于现场设备。遥测终端机根据遥测站点呈分散式分布，可以长期工作在无人值守的环境中，具有发射信号和编程的功能。图6.1-1水位流量监测系统系统图遥测终端机的主要功能如下：①数据自动上报。遥测站按设定策略自报。遥测站可定时自报或按设定的条件主动上传数据；②自动响应中心站召测指令。遥测站响应中心站要求或指令，上传数据；③现场全中文显示数据水位数据。包括当前数据、历史数据、系统信息（静态数据存储容量：不低于1年）；④具有记录功能，可按设定的要求，记录各类数据。大容量数据固态存储，可由中心站远端调用或现场读取（静态数据存储容量：不低于1年）；⑤现场手动设置各种运行模式和参数；⑥接受中心站远程设置和控制指令；⑦实时时钟自动校对和调整功能；⑧通讯规约应符合水利部水资源监测数据通讯规约SZY206-2016；3）供电设计监测系统中的远程数据采集终端，全部采用低功耗设计，蓄电池能在日照不充分的情况下，维持自身约45天以上正常运行，经测算，本系统全部匹配100Ah蓄电池，150W太阳能板。4）网络通讯网络通讯方式选择4G无线通讯（3年）。工业化通信标准模块，通过RS-232C与RTU连接，4G通信模块由RTU操作控制。5）防雷设计①直击雷保护最外层是直接雷击区域，危险性最高，应在室外传感器或者遥测终端附近安装能保传感器和遥测终端的通用避雷针，并做出相应地网接地；同时，建造一组小于10欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。②接地体制作接地体的埋设尽量选择低凹、潮湿的地方，按垂直方式敷设。采用6个接地体（如果级地地阻不够需增加接地体），每个接地体用50×50×5镀锌角钢，1.5m长，竖直钻坑埋入地下。角钢顶部用40×4的镀锌扁钢相联，扁钢的埋设深度不低于80cm，角钢间距不低于2倍的垂直接地体长度。接地体统一采用“一字形”加工，埋设时采用“一字形”排列，组合后接地体的各连接点必须满焊。接地电阻≤10Ω。电源线采用三芯电缆，在电力母线的两端分别与地网连接。通信母线的电缆屏蔽层在两端也与地网连接。（4）水位流量关系率定基于本项目施测流量用于水资源计量，对准确性要求较高等原因，需要在项目建设期开展自动测流系统与流速仪法的水位流量关系的率定，即：在“水位流量监测系统”安装的渠段，按照《河流流量测验规范》中的转子式流速仪法对高、中、低水同步开展水文要素的率定。初次率定的施测次数应不小于30次，且高、中、低水均有分布，依据率定成果计算的流量与实测流量之间的误差应满足表6.1-1的要求。表6.1-1标准断面水位流量关系式率定误差限值累积频率95%累积频率75%系统误差±5%±3%±0.5%后期运行时，若遇渠道断面淤积、岁修型变、冲刷等可能引起率定成果发生变化时，应及时进行校测和率定成果的修正。校测变幅应控制高、中、低水，且不应少于5～7个测次。校测点的上图数据若出现系统偏离（点位于曲线同侧），且平均误差超过±2.5%时，应增加测次，并根据具体情况修正原率定成果，校核与修正时后的流量误差应满足上表要求，否则应重新进行完整的率定工作，建立满足精度要求的率定成果。因项目进行水位流量关系率定，采购仪器设备存在成本高，且现有灌区管理人员编制也不满足购买仪器和自行率定的能力。综合考虑，率定采取购买服务的形式进行，不单独配设率定仪器仪表。（5）典型安装图6.1-2水位流量监测系统安装示意图（6）主要设备配置水位流量监测系统设备配置见表6.1-2。表6.1-2渠道量测水系统设备配置表序号项目技术参数单位数量1雷达水位流速一体机测量范围：0~15m；分辨率：0.001m/s；测量精度：±0.001m/s；工作频率：26GHz；防护等级：IP68；天线波束角：≤10°；发射功率：≤70uW；测量时间：20秒（SDI12）或30秒（4-20Ma）；存放温度：-40℃+85℃；天线材质：PP或不锈钢；具有微波处理整合系统功能；自带波动补偿，消除风力及振动影响。自带流量计算模块台22遥测终端（RTU）1、工作电压：DC（5-35V）可正常工作，内置电源反相保护和过压保护装置；2、整机功耗：当电压为12V时，待机电流≤4mA/12V；发送数据电流（工作电流）≤4.5mA/12V；设备支持低功耗运行。3、外部接口：支持RS232、RS485、模拟量、开关量、脉冲量(PI)等接口，可外接雨量计、水位计、流量计、量水堰计、摄像头等采集设备，外部接口支持光电隔离及防雷保护。4、以太网接口：≥1个WAN口，1个10/100M以太网口（RJ45插座），自适应MDI/MDIX，内置1.5KV电磁隔离保护5、通讯接口：标准USB，可接U盘存数据或者用于本地升级。6、在线探测：支持启用或禁用在线探测功能，支持ping/traceroute/dnslookup三种方式的网络诊断方式，支持探测服务器、重试次数、重试间隔设置。支持在线探测失败后重启设备。7、防死机功能内置看门狗，防死机设置8、数据采集：支持RS485接口设置启用或禁用，支持web页面设置485接口波特率、数据位、停止位、奇偶校验、帧间隔、通讯协议、指令间隔等参数。8、数据上报：提供配套的遥测数据接收处理平台，支持远程召测，单个中心远程召测，数据可以同时向多个中心上报。9、工作温度，-40℃～+75℃；工作湿度：≤95％11、符合《水文通信监测数据规约》（SL651-2014）、《水文自动测报系统设备遥测终端机》（SL180-2015）相关标准。台23太阳能板输出功率：150W；工作电压：18V；峰值电流：5.55A；开路电压：22V；短路电流：5.95A；功率偏差：3%左右；转换效率：18%；工作温度：-40℃-+85℃；防护等级：IP65。包含太阳能控制模块(离网屏显PWM控制器、12/24V自适应、20A、防过冲/防过放/温度补偿)、太阳能板支架（左右双板抱杆支架，Q235钢三角支架，激光切割折弯而成，含横梁，背部拉梁，前部拉梁，底部拉梁，热浸镀锌防腐工艺处理）、太阳能抱箍(不锈钢，300mm*10mm)等相关配套设施块24蓄电池12V，100Ah。（在日照不充分条件下，能独立续航45天以上）套25充电控制器系统电压：自动识别；控制器属性：峰值功率点追踪（MPPT)；MPPT效率：≥99.5%；空载静态损耗：0.5W~1.2W；PV开路电压（VOC）：≤DC150V；起动充电电压点：高于蓄电池电压3V；输入低压保护点：高于电池当前电压2V；输入过压保护垫：DC150V；LOAD控制方式：常开/关模式，双时段模式、光控+时控模式；工作环境温度：-20℃~150℃；储存温度：-40℃~75℃。台26信号防雷器标称工作电压Un：5V、12V、24V冲击耐受能力C2：10kV&5kA（1.2/50μs,&8/20μs）最大放电电流：10kA插入损耗：≤0.5dB保护路数：2线插入损耗：≤0.5dB防护等级:IP20台27电源避雷器标称工作电压Un：12VDC最大工作电流：2A标称放电电流In(8/20μs)：5kA最大放电电流Imax(8/20μs):10kA响应时间：25ns工作环境：－40℃～＋85℃台28防水设备箱304不锈钢，400*500*250mm，具备较好的防水散热性能个29稳压器DC12V稳压台210支臂与立杆采用φ130mm镀锌钢管台211防雷接地网防雷地网接地电阻要求小于10欧套212不锈钢护栏φ50mm不锈钢（201）（高1.8m，周长6m）套213标识牌300*500mm不锈钢喷绘套214配套安装辅材（安装附件、线材）1.C25砼基础0.5m32.土方开挖1.8m33.土石方回填1.3m34.通信线缆(UTP-6非屏(安蔽网线)20m5.接电电缆(RVV3*2.5)20m6.DN25PE穿线套管40m7.565*245*275含卡箍紧固螺丝蓄电池地埋箱8.50*50*80cm地笼套215通讯网络（3年）4G无线，满足设备正常运行需要项216安装及调试满足设备正常运行需要项217流量率定购买服务项管道量测水系统（1）系统概述对管线各分水界面的分水流量进行量测。（2）站点布设本工程管道量测水系统共计326处。其中在各干管和支管上设置超声波流量计共计40处，在田间分水末端设置智能物联网水表286处，具体布置位置见表6.1-3。表6.1-3管道量测水系统布置表序号位置名称数量1碴口石大坝左干管超声波流量计12碴口石大坝右干管超声波流量计13碴口石二级左干管超声波流量计14碴口石二级右干管超声波流量计15卫星1#右干管超声波流量计16卫星1#左干管超声波流量计17卫星2#1#干管超声波流量计18卫星2#2#干管超声波流量计19卫星2#3#干管超声波流量计110六合桥支管超声波流量计111烂朝门支管超声波流量计112熬家湾支管超声波流量计113石板湾支管超声波流量计114李家湾支管超声波流量计115韦家湾支管超声波流量计116书房湾支管超声波流量计117陆家湾支管超声波流量计118纸厂沟支管超声波流量计119鲁家湾支管超声波流量计120新开支管超声波流量计121李子湾支管超声波流量计122吊井坝支管超声波流量计123乱岩窠支管超声波流量计124何家坝支管超声波流量计125堂湾支管超声波流量计127金绒沟支管超声波流量计128龙井湾支管超声波流量计129溪家堰支管超声波流量计130半月寺支管超声波流量计131桂花湾支管超声波流量计132黄家湾支管超声波流量计133面坊湾支管超声波流量计134松林湾支管超声波流量计135韦家坝支管超声波流量计136大屋基支管超声波流量计137胜家湾支管超声波流量计138李子湾支管超声波流量计139金台山支管超声波流量计140瓦窑湾支管超声波流量计126吊脚楼支管超声波流量计141末级田间分水管DN90智能物联网水表286合计326（3）管道流量计设计根据《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2015）《国家水资源监控能力建设项目技术标准—<水资源监测设备技术要求>》（SZY-203-2012）等要求，管道流量监测的设备主要有管道电磁流量计（管段式、插入管内式）、超声流量计（外夹安装式、管内安装式）等。1）方案比选①管道式电磁流量计与超声波流量计工作原理不同。电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律进行流量测量的流量计，而超声波流量计是根据超声波束在管道中顺流逆流的时间差来测量流量的。②可测量的范围不同。电磁流量计对被测液体的电导率下限是有要求的，一般是需要被测介质的电导率不低于5uS/cm。而超声波流量计相对于电磁流量计来说，测量范围就比较大，它可以测量电磁流量计不能测量的气体和蒸汽，并且由于超声波流量计可以做到不接触测量，对一些工业上强腐蚀性、非导电性、放射性以及易燃易爆介质也能做到较高精度测量。③安装方式不同。电磁流量计大多数是管段式安装，还有少部分是插入式安装，这两种安装方式都需要在管道上切开或挖孔，管道整体需要截流停工，才能安装。而超声波流量计一般有外夹式、插入式和管段式三种安装方式，常用的是外夹式和插入式两种，均无需停工安装。其中外夹式安装不会破坏管道，不会和被测介质接触，无任何泄露的可能性。④安装条件不同。电磁流量计一般是截流安装。而超声波流量计是带压安装。⑤这两款流量计的管径通用性有很大不同。电磁流量计一般都是针对某一特定管道使用的，因为管径大小、管内被测介质等因素，会影响电磁流量计的管段尺寸和衬里，因此电磁流量计一般通用性比较差。而超声波流量计采用外夹式和插入式安装的，则没有这方面的问题，在不同管径、不同被测介质下，都可通用，通用性还是比较好的。⑥这两款流量计的维护检查周期是不同的。国家规定电磁流量计的检定周期为两年一次，而超声波流量计的检定周期为三年一次。⑦这两款流量计的检查维修内容也不一样。电磁流量计需要检查外部设备是否进水或其他物质，附近是否增加电磁场设备或电线横跨仪表，这些都会对电磁流量计的测量产生影响。而超声波流量计则会方便很多，维护只需要查看流量计显示的SQ值，声速比等参数是否良好，如果数值有问题，可以排查传感器位置是否有异物或松动。⑧应用领域略有不同。电磁流量计主要是采用电磁波进行测量，电磁波具有频率高衰减小的特点，导波管的测量范围也比较大，因此多用于储罐，电磁流量计的口径可以做到DN2000以上。而超声波流量计主要采用声波进行测量，声波频率低测量单位小，应用面比较窄，在大口径的水管线的流量测量，管段式的超声波流量计极少有能做到DN800以上的口径。电磁流量计与超声波流量计的比较见表6.1-4。表6.1-4电磁流量计与超声波流量计比较表项目对比电磁流量计超声波流量计工作原理法拉第电磁感应定律超声波顺流逆流传播时间差可测量的范围电导率≥5uS/cm的液体液体、气体、蒸汽均可测量安装方式管段式/插入式管段式/插入式/外夹式安装条件截流安装带压安装安装成本高低测量方式电磁感应时差法稳定性较好优良管道通用性很差无限制维护方式较难简便经济效益较高显著应用领域管线、储罐主要是水管线综上所述，对比以上方案，由于超声波流量计在管道水量监测方案中具有安装方便、数据稳定准确、维护成本低等优势，考虑采用外夹式超声波流量计作为本次水位监测设备。图6.1-3外夹式超声波流量计2）系统结构组成管道水量自动监测站主要由外夹式超声波传感器、遥测终端机、太阳能板（内置蓄电池）、充放电控制器、防水箱及安装支架等组成，提供多种电源管理模式，可实现低功耗工作模式下的双向通信，并具有出色的防雷特性。监测数据根据管理需求通过无线网络将数据上传至灌区管理站数据中心。监测站主要系统构成设计如下：①感知设备：超声波流量计，是一种利用速度差法的原理来对管内液体流量进行测量的装置，常与数字信号处理技术、多脉冲技术、纠错技术等结合使用以达到适应环境、增强其可靠性等目的，现已在化工、电力、石油、冶金等领域得到广泛应用。超声波流量计主要由超声波发生器、超声波接收器、电子线路、流量显示、累积系统几大部分构成。其中，超声波发生器主要用于产生超声波并将其发射到流体中;超声波接收器主要用于接受通过流体后的超声波;超声波被接收到后经电子线路的放大、转换等处理后以电信号的形式将流量传送给显示屏并将结果显示出来;累积系统完成流量的累加计算。②遥测终端：数据采集终端（RTU）是采用单片微机技术设计的新型数据采集传送设备，也是连接前端传感器和后端水情测报的数据通道，具备参数的采集、存储、发送和数据召测，支持现场或远程设置功能；具备各种通讯方式混合组网路由能力，支持本地下载；具有非易失存储器；工作体制支持自报/应答/自报应答兼容。③供电设计：供电采用太阳能供电系统。太阳能供电系统由太阳能板，充放电控制器及蓄电池组成：太阳能电池板的作用是将太阳辐射能量直接转换成直流电，供负载使用或贮存于蓄电池内备用；太阳能充放电控制器能够为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生蓄电池是独立太阳能供电系统不可缺少的重要部件，白天太阳能电池给负载供电，同时还为蓄电池充电，晚上或阴雨天负载用电全部由蓄电池供给。④防雷接地：为防止雷电电流进入监测系统，损坏设备，必须严格抑制雷电感应和雷击的发生。合理地安装避雷装置，建设良好的接地网，采取隔离措施，可减少雷电的损害。接地体、避雷线及引下线的连接必须用焊接，焊接搭接长度不小于100mm，焊接处应防腐处理。（4）物联网水表设计智能物联网水表是一种利用现代微电子技术、现代传感技术、智能IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的新型水表。智能水表除了可对用水量进行记录和电子显示外，还可以按照约定对用水量进行控制，并且自动完成阶梯水价的水费计算，同时可以进行用水数据存储的功能。该物联网水表通过配套安装智能计量收费系统可接入灌区智慧化运管平台，实现对用水的管理和计费。（5）主要设备配置主要设备配置见表6.1-5。表6.1-5 管道量测水设施配置表序号项目技术参数单位数量1管道超声波流量计外夹式台402遥测终端（RTU）1、工作电压：DC（5-35V）可正常工作，内置电源反相保护和过压保护装置；2、整机功耗：当电压为12V时，待机电流≤4mA/12V；发送数据电流（工作电流）≤4.5mA/12V；设备支持低功耗运行。3、外部接口：支持RS232、RS485、模拟量、开关量、脉冲量(PI)等接口，可外接雨量计、水位计、流量计、量水堰计、摄像头等采集设备，外部接口支持光电隔离及防雷保护。4、以太网接口：≥1个WAN口，1个10/100M以太网口（RJ45插座），自适应MDI/MDIX，内置1.5KV电磁隔离保护5、通讯接口：标准USB，可接U盘存数据或者用于本地升级。6、在线探测：支持启用或禁用在线探测功能，支持ping/traceroute/dnslookup三种方式的网络诊断方式，支持探测服务器、重试次数、重试间隔设置。支持在线探测失败后重启设备。7、防死机功能内置看门狗，防死机设置8、数据采集：支持RS485接口设置启用或禁用，支持web页面设置485接口波特率、数据位、停止位、奇偶校验、帧间隔、通讯协议、指令间隔等参数。8、数据上报：提供配套的遥测数据接收处理平台，支持远程召测，单个中心远程召测，数据可以同时向多个中心上报。9、工作温度，-40℃～+75℃；工作湿度：≤95％11、符合《水文通信监测数据规约》（SL651-2014）、《水文自动测报系统设备遥测终端机》（SL180-2015）相关标准。台4034G传输模块产品传输数据有效、稳定，具有数据终端嵌入式软件支持4G通讯理论带宽85.6Kbps；发射功率：GSM850/900：<33dBmGSM1800/1900：<30dBm；接收灵敏度<-107dBm。台404太阳能板输出功率：150W；工作电压：18V；峰值电流：5.55A；开路电压：22V；短路电流：5.95A；功率偏差：3%左右；转换效率：18%；工作温度：-40℃-+85℃；防护等级：IP65。包含太阳能控制模块(离网屏显PWM控制器、12/24V自适应、20A、防过冲/防过放/温度补偿)、太阳能板支架（左右双板抱杆支架，Q235钢三角支架，激光切割折弯而成，含横梁，背部拉梁，前部拉梁，底部拉梁，热浸镀锌防腐工艺处理）、太阳能抱箍(不锈钢，300mm*10mm)等相关配套设施块405蓄电池12V，100Ah。（在日照不充分条件下，能独立续航45天以上）套406充电控制器系统电压：自动识别；控制器属性：峰值功率点追踪（MPPT)；MPPT效率：≥99.5%；空载静态损耗：0.5W~1.2W；台407信号防雷器标称工作电压Un：5V、12V、24V冲击耐受能力C2：10kV&5kA（1.2/50μs,&8/20μs）最大放电电流：10kA插入损耗：≤0.5dB保护路数：2线插入损耗：≤0.5dB防护等级:IP20台408电源避雷器标称工作电压Un：12VDC最大工作电流：2A标称放电电流In(8/20μs)：5kA最大放电电流Imax(8/20μs):10kA响应时间：25ns工作环境：－40℃～＋85℃台409防水设备箱304不锈钢，400*500*250mm，具备较好的防水散热性能个4010稳压器DC12V稳压台4011支臂与立杆采用φ130mm镀锌钢管台4012防雷接地网防雷地网接地电阻要求小于10欧套4013不锈钢护栏φ50mm不锈钢（201）（高1.8m，周长6m）套4014标识牌300*500mm不锈钢喷绘套4015配套安装辅材（安装附件、线材）1.C25砼基础0.5m32.土方开挖1.8m33.土石方回填1.3m34.通信线缆(UTP-6非屏(安蔽网线)20m5.接电电缆(RVV3*2.5)20m6.DN25PE穿线套管40m7.565*245*275含卡箍紧固螺丝蓄电池地埋箱8.50*50*80cm地笼套4016通讯网络（3年）4G无线，满足设备正常运行需要项4017安装及调试满足设备正常运行需要项4018水表DN200物联网水表套2866.1.2雨量监测系统（1）系统概述雨量监测系统是集雨量数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的气象采集系统，可实现测量并记录各种雨量信息，并自动上报的水情监控系统。（2）布置方案设置雨量监测站2处，分别位于碴口石水库、卫星水库附近。（3）系统组成雨量监测系统主要由翻斗式雨量计、遥测终端（RTU）、供电系统、避雷设备等构成。翻斗式雨量计作采集前端雨量数据，通过遥测终端与GPRS的通讯方式，将测得的数据传送至云服务器进行数据解析，并通过智慧灌区运管平台进行展示，从而达到自动采集、自动传输和自动显示信息的目的。1）翻斗式雨量计翻斗式雨量传感器是一个机械双稳态结构，当一斗室接水时，另一斗室处于等待状态，当所接雨水容积达到预定值时，由于重力作用自己翻倒，处于等待状态。由雨量数据采集遥测终端机接收信号，通过4G将其传输到监控中心的数据服务器，从而实时记录降水量数据，通过监测软件来实现对降水量的监测。2）遥测终端（RTU）遥测终端和翻斗式雨量传感器连接在一起，能够采集设备测得的信号，并通过一定技术将信号转换成可发送至通信媒体的数据格式进行传输。同时，它也能将监控中心发来的数据转换成命令，直接作用于现场设备。遥测终端机根据遥测站点呈分散式分布，可以长期工作在无人值守的环境中，具有发射信号和编程的功能。遥测终端机的主要功能如下：①数据自动上报。遥测站按设定策略自报。遥测站可定时自报或按设定的条件主动上传数据；②自动响应中心站召测指令。遥测站响应中心站要求或指令，上传数据；③现场全中文显示数据水位数据。包括当前数据、历史数据、系统信息（静态数据存储容量：不低于1年）；④具有记录功能，可按设定的要求，记录各类数据。大容量数据固态存储，可由中心站远端调用或现场读取（静态数据存储容量：不低于1年）；⑤现场手动设置各种运行模式和参数；⑥接受中心站远程设置和控制指令；⑦实时时钟自动校对和调整功能；⑧通讯规约应符合水利部水资源监测数据通讯规约SZY206-2016；3）供电设计监测系统中的远程数据采集终端，全部采用低功耗设计，蓄电池能在日照不充分的情况下，维持自身约45天以上正常运行，经测算，本系统全部匹配100Ah蓄电池，150W太阳能板。4）网络通讯网络通讯方式选择应用广泛的4G无线通讯。工业化通信标准模块，通过RS-232C与RTU连接，4G通信模块可由RTU操作控制。5）防雷设计①直击雷保护最外层是直接雷击区域，危险性最高，应在室外传感器或者遥测终端附近安装能保传感器和遥测终端的通用避雷针，并做出相应地网接地；同时，建造一组小于10欧的地网，使雷电及过电压快速对地泄放。②接地体制作接地体的埋设尽量选择低凹、潮湿的地方，按垂直方式敷设。采用6个接地体（如果级地地阻不够需增加接地体），每个接地体用50×50×5镀锌角钢，1.5m长，竖直钻坑埋入地下。角钢顶部用40×4的镀锌扁钢相联，扁钢的埋设深度不低于80cm，角钢间距不低于2倍的垂直接地体长度。接地体统一采用“一字形”加工，埋设时采用“一字形”排列，组合后接地体的各连接点必须满焊。接地电阻≤10Ω。电源线采用三芯电缆，在电力母线的两端分别与地网连接。通信母线的电缆屏蔽层在两端也与地网连接。（4）雨量滴定测试本系统采用翻斗式雨量计测量降雨量的方式已在水文、水利等行业中得到广泛应用，但降雨量采集的现场标定对雨量监测系统的数据准确性判定至关重要。拟采用雨量滴定测试仪对降雨量进行现场标定，用于校准翻斗式雨量传感器计量现场测量误差。（5）主要设备配置表6.1-6雨量监测系统设备配置表序号项目技术参数单位数量1翻斗式雨量筒承雨口径φ200±0.60mm刃口锐角40°～45°分辨力0.5mm雨强范围0.01mm～4mm/min(允许通过最大雨强8mm/min)测量准确度≤±2%(符合国家标准I级准确度要求)≤±1%(准确度优于国家I级标准)发讯方式两路干簧管通、断信号输出工作环境环境温度：-10℃～50℃相对湿度：<95%(40℃)台22遥测终端（RTU）1、工作电压：DC（5-35V）可正常工作，内置电源反相保护和过压保护装置；2、整机功耗：当电压为12V时，待机电流≤4mA/12V；发送数据电流（工作电流）≤4.5mA/12V；设备支持低功耗运行。3、外部接口：支持RS232、RS485、模拟量、开关量、脉冲量(PI)等接口，可外接雨量计、水位计、流量计、量水堰计、摄像头等采集设备，外部接口支持光电隔离及防雷保护。4、以太网接口：≥1个WAN口，1个10/100M以太网口（RJ45插座），自适应MDI/MDIX，内置1.5KV电磁隔离保护5、通讯接口：标准USB，可接U盘存数据或者用于本地升级。6、在线探测：支持启用或禁用在线探测功能，支持ping/traceroute/dnslookup三种方式的网络诊断方式，支持探测服务器、重试次数、重试间隔设置。支持在线探测失败后重启设备。7、防死机功能内置看门狗，防死机设置8、数据采集：支持RS485接口设置启用或禁用，支持web页面设置485接口波特率、数据位、停止位、奇偶校验、帧间隔、通讯协议、指令间隔等参数。8、数据上报：提供配套的遥测数据接收处理平台，支持远程召测，单个中心远程召测，数据可以同时向多个中心上报。9、工作温度，-40℃～+75℃；工作湿度：≤95％11、符合《水文通信监测数据规约》（SL651-2014）、《水文自动测报系统设备遥测终端机》（SL180-2015）相关标准。台234G传输模块产品传输数据有效、稳定，具有数据终端嵌入式软件支持4G通讯理论带宽85.6Kbps；发射功率：GSM850/900：<33dBmGSM1800/1900：<30dBm；接收灵敏度<-107dBm。台24太阳能板输出功率：150W；工作电压：18V；峰值电流：5.55A；开路电压：22V；短路电流：5.95A；功率偏差：3%左右；转换效率：18%；工作温度：-40℃-+85℃；防护等级：IP65。包含太阳能控制模块(离网屏显PWM控制器、12/24V自适应、20A、防过冲/防过放/温度补偿)、太阳能板支架（左右双板抱杆支架，Q235钢三角支架，激光切割折弯而成，含横梁，背部拉梁，前部拉梁，底部拉梁，热浸镀锌防腐工艺处理）、太阳能抱箍(不锈钢，300mm*10mm)等相关配套设施块25蓄电池12V，100Ah。（在日照不充分条件下，能独立续航45天以上）套26充电控制器系统电压：自动识别；

控制器属性：峰值功率点追踪（MPPT)；

MPPT效率：≥99.5%；

空载静态损耗：0.5W~1.2W；

PV开路电压（VOC）：≤DC150V；

起动充电电压点：高于蓄电池电压3V；

输入低压保护点：高于电池当前电压2V；

输入过压保护垫：DC150V；

LOAD控制方式：常开/关模式，双时段模式、光控+时控模式；

工作环境温度：-20℃~150℃；

储存温度：-40℃~75℃。台27信号防雷器标称工作电压Un：5V、12V、24V冲击耐受能力C2：10kV&5kA（1.2/50μs,&8/20μs）最大放电电流：10kA插入损耗：≤0.5dB保护路数：2线插入损耗：≤0.5dB防护等级:IP20台28电源避雷器标称工作电压Un：12VDC最大工作电流：2A标称放电电流In(8/20μs)：5kA最大放电电流Imax(8/20μs):10kA响应时间：25ns工作环境：－40℃～＋85℃台29防水设备箱304不锈钢，400*500*250mm，具备较好的防水散热性能个210稳压器DC12V稳压台211支臂与立杆采用φ130mm镀锌管台212防雷接地网防雷地网接地电阻要求小于10欧套213不锈钢护栏φ50mm不锈钢（201）（高1.8m，周长6m）套214标识牌300*500mm不锈钢喷绘套215配套安装辅材（安装附件、线材）1.C25砼基础0.5m32.土方开挖1.8m33.土石方回填1.3m34.通信线缆(UTP-6非屏(安蔽网线)20m5.接电电缆(RVV3*2.5)20m6.DN25PE穿线套管40m7.565*245*275含卡箍紧固螺丝蓄电池地埋箱8.50*50*80cm地笼套216通讯网络（3年）4G无线，满足设备正常运行需要项217安装及调试满足设备正常运行需要项26.1.3土壤墒情监测系统（1）布置原则1）单一性的定位监测，适合地形条件单一、主要为平地或缓坡地，土壤种类相同，选相对中心部位布点；2）多点性定点监测，地形条件比较复杂、土壤种类不同的区域，应选择平地（坡度＜3°）、缓坡地（坡度15°左右）、坡地（坡度20～25°）分别设点监测；3）有试验的地方，包括土壤肥力长期定位监测点、旱作节水技术效果观测场和其他有关试验，应对各处理进行定期监测；4）是随机布点监测，适宜于旱灾发生期间，对发生和即将发生干旱的地块进行监测。（2）布置方案本项目选择1处水稻种植区设置土壤墒情监测点，施工时，具体位置根据现场用地情况可适当调整。（3）系统组成气象土壤墒情系统是一种集气象环境、土壤墒情、存储、传输和管理于一体的无人值守的采集系统。气象土壤墒情系统由土壤墒情\气象传感器、数据采集终端（MCU）、通讯终端（RTU）和供电系统四部分组成。数据采集终端具有土壤墒情、气象数据采集、实时时钟、数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能。数据采集终端内置大容量FLASH存储芯片，多种通讯接口可以很方便的与计算机建立有线通讯连接，本系统选配GPRS无线通讯终端实现气象土壤墒情监测站与云服务器的远程无线连接。1）土壤温湿度监测采用多路土壤温湿度传感器，并将传感器布置在不同的深度，实现监测点的剖面土壤墒情检测。土壤含水量一般是指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分。土壤湿度传感器采用FDR频域反射原理。利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数，从而得到土壤相对含水量，FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点。系统开始测量时，信号源会产生激励信号。信号通过传输线传输到埋设在土壤中的传感器（探针），信号传输速度会随着介电常数（土壤湿度）的变化而变化。测量过程如图5.11-6所示，其中左图为激励信号，经过反射后捕捉到的信号如右图。将传感器（探针）起点的时间设为数学“零”起点，从“零”点到传感器（探针）终点的时间即是电磁波脉冲在土壤中的行程时间。通过得到电磁波在土壤中的行程时间，可计算出土壤的介电常数。确定土壤的介电常数，再根据仪器内部预埋的介电常数Ka与水分体积含量的关系，得到土壤体积含水率。2）温湿度气压监测本系统采用的百叶箱型温湿度气压传感器是一款全数字化检测，高精度传感器，是由高精度数字温度、湿度、气压集成，可准确、快速检测出大气温度、大气湿度及大气压力，内置信号处理单元能根据用户需求输出相应信号，高强度结构设计可在恶劣气候环境中准确检测。3）风速监测风速传感器采用传统三风杯风速传感器结构，风杯选用碳纤维材料，强度高，启动好；杯体内置信号处理单元能根据用户需求输出相应风速信号。4）风向监测风向传感器内部采用精密电位器，并选用低惯性轻金属风向标响应风向，动态特性好。应具有量程大、线性好、抗雷击能力强、观测方便、稳定可靠等优点。5）照度监测照度传感器采用灵敏度较高硅蓝光伏探测器作为传感器。可根据不同测量场所配置不同的量程，应具有测量范围宽，线性度好，防水性好，安装方便，适于远距离传输等特点。6）数据采集终端数据采集终端是一种集监测数据采集、存储、传输和管理于一体的无人值守的监测采集系统。具有监测数据采集、实时时钟、监测数据定时存储、参数设定、友好的人机界面和标准通信功能，可以根据用户的需求很方便的与计算机建立有线（RS485、RS232、USB等）、无线通讯（GPRS、WIFI、LAN、Zigbee等）连接。（5）系统功能1）实时监测空气温湿度、土质温湿度、雨水、风力。风向等要素监测参数；2）微电脑监测数据采集终端具有气象数据采集、实时时钟、定时存储、参数设定、参数和气象历史数据掉电保护等功能；3）数据浏览功能，能提供局域网数据浏览、互联网数据浏览、手机数据浏览等多种数据浏览途径供用户选择；4）灵活的系统组网方式，通讯功能支持MODBUS通讯协议。提供标准有线（485、232/USB）、无线（GPRS/LAN/电台/WIFI/卫星）等多种通讯方式供用户选择；5）可靠供电系统。提供市电、直流和太阳能系统等多种供电方式供用户选择；6）采用全不锈钢、金属喷漆支架和野外防护箱，外形美观、耐腐蚀、抗干扰。（4）设备供电设备供电采用清洁、可长期利用的太阳能供电系统。太阳能供电系统可克服恶劣的安装环境，有效防止雷击。太阳能供电系统由太阳能板，充放电控制器及蓄电池组成。监测系统中的远程数据采集终端，全部采用低功耗设计，蓄电池能在日照不充分的情况下，维持自身约45天以上正常运行，经测算，本系统全部匹配100Ah蓄电池，150W太阳能板。（5）网络通讯网络通讯方式选择应用广泛的无线通讯。遥测终端通过GPRS/CDMA无线通讯网络使监测站与云平台相连接，进行数据传输。GPRS/CDMA网络具有覆盖范围广，数据传输速度快、通信质量高、永远在线和按流量计费等优点，支持TCP/IP协议，可直接与Internet网络互通。GPRS/CDMA数据传输业务应用范围广泛，在无线上网、环境监测、交通监控、移动办公等行业中具有较高的性价比优势。（6）土壤墒情标定为达到科学准确的灌溉用水目的，提升灌溉效率，避免盲目灌溉，实现科学种植，需对土壤墒情固定监测站的自动测量数据进行田间标定。通过对土壤墒情监测探头周围选取的点进行10cm、30cm、50cm、80cm多层次取土，按照标定要求的精准时间进行烘干、称重、浸泡、计算等多个步骤操作，将人工测量与自动测量的数据进行对比标定。（7）主要设备配置表6.1-7土壤墒情监测系统设备配置表序号项目技术参数单位数量1土壤温湿度传感器温度：量程-20～50℃分辨率0.1℃精度±0.5℃湿度：量程0～100%RH分辨率0.1%RH精度±3%RH支12遥测终端（RTU）1、工作电压：DC（5-35V）可正常工作，内置电源反相保护和过压保护装置；2、整机功耗：当电压为12V时，待机电流≤4mA/12V；发送数据电流（工作电流）≤4.5mA/12V；设备支持低功耗运行。3、外部接口：支持RS232、RS485、模拟量、开关量、脉冲量(PI)等接口，可外接雨量计、水位计、流量计、量水堰计、摄像头等采集设备，外部接口支持光电隔离及防雷保护。4、以太网接口：≥1个WAN口，1个10/100M以太网口（RJ45插座），自适应MDI/MDIX，内置1.5KV电磁隔离保护5、通讯接口：标准USB，可接U盘存数据或者用于本地升级。6、在线探测：支持启用或禁用在线探测功能，支持ping/traceroute/dnslookup三种方式的网络诊断方式，支持探测服务器、重试次数、重试间隔设置。支持在线探测失败后重启设备。7、防死机功能内置看门狗，防死机设置8、数据采集：支持RS485接口设置启用或禁用，支持web页面设置485接口波特率、数据位、停止位、奇偶校验、帧间隔、通讯协议、指令间隔等参数。8、数据上报：提供配套的遥测数据接收处理平台，支持远程召测，单个中心远程召测，数据可以同时向多个中心上报。9、工作温度，-40℃～+75℃；工作湿度：≤95％11、符合《水文通信监测数据规约》（SL651-2014）、《水文自动测报系统设备遥测终端机》（SL180-2015）相关标准。台13数据采集终端（MCU）存储功能：FLASH存储容量：4Mbits（每1小时存储一次，可存储1.6年）；功能要求：智能采集、转发、存储，具有自动、人工召测功能；传感器通道：模拟/计数通道16路模拟量A/D转换精度：12位，频率量采用16位高速计数器进行采集，输入信号频率高达1MHz.供电显示：宽电压输入：8V~40V环境温度：-30~85℃显示形式：192*64全点阵液晶显示，可以显示12*4个汉字，整体界面清晰美观；可扩展LED显示屏进行丰富显示；同时支持实时时钟及时间校准功能功耗：整机功耗不大于2W通讯功能：具有四路RS232/RS485/USB通信接口，可同时进行四路RS232/RS485/USB通信，彼此之间互不干扰；并可扩展CAN总线通信接口1个；远程升级：支持远程应用程序更新：采集仪程序更改、升级，无需返厂，通过计算机软件，即可对采集仪进行远程程序更新，支持现场和远程对设备进行各项参数设置或读取的编程操作通讯协议：支持XPH、标准MODBUS协议，双协议切换功能，方便用户实现上位机软件二次编程台14百叶箱型温湿度气压传感器温度：量程-50～100℃分辨率0.1℃精度±0.5℃湿度：量程0～100%RH分辨率0.1%RH精度±3%RH气压：量程10～1100hPa分辨率0.1hPa精度±0.3hPa支15风速风向传感器风速量程：0～70m/s（启动风速≤0.5m/s）分辨率：0.1m/s精度：±（0.3+0.03V）m/s；风向量程：0~360°（启动风速≤0.5m/s），分辨率：1°，精度：±3°台16照度传感器量程：0~200000Lux分辨率：1Lux精度：±7%台174G传输模块产品传输数据有效、稳定，具有数据终端嵌入式软件支持4G通讯理论带宽85.6Kbps；发射功率：GSM850/900：<33dBmGSM1800/1900：<30dBm；接收灵敏度<-107dBm。台18太阳能板输出功率：150W；工作电压：18V；峰值电流：5.55A；开路电压：22V；短路电流：5.95A；功率偏差：3%左右；转换效率：18%；工作温度：-40℃-+85℃；防护等级：IP65。包含太阳能控制模块(离网屏显PWM控制器、12/24V自适应、20A、防过冲/防过放/温度补偿)、太阳能板支架（左右双板抱杆支架，Q235钢三角支架，激光切割折弯而成，含横梁，背部拉梁，前部拉梁，底部拉梁，热浸镀锌防腐工艺处理）、太阳能抱箍(不锈钢，300mm*10mm)等相关配套设施块19蓄电池12V，150Ah。（在日照不充分条件下，能独立续航45天以上）套110充电控制器系统电压：自动识别；

控制器属性：峰值功率点追踪（MPPT)；

MPPT效率：≥