都江堰是全国最大的灌区，覆盖地域广阔，建筑设施布点多，闸群、水文站、气象站众多，干渠、支渠纵横，斗渠星罗棋布，且服务功能多样，管理对象繁多，管理业务复杂，要科学管理和有效调度如此庞大复杂的灌区，充分利用水资源，保护生态环境，建设一套先进、可靠的水资源监控及调度系统是非常必要的。
一、水资源监控及调度系统的体系结构
1.系统信息流
信息流分析是开发水资源监控及调度系统的前提，该系统信息流包括信息流过的四个重要环节即信息采集处理、信息传输交换、信息存储管理和信息应用等。
2.系统架构
水资源监控及调度系统架构见图1。其中四个环节的每一个单元都是水资源监控及调度系统的重要部分。
图1 水资源监控及调度系统架构
(1)信息采集处理
通过水文气象传感器和数据采集器(RTU)，将灌渠或水库流域的水、雨情信息采集变换成相应的数据信息，存储并转发到中心站。
①水文传感器
目前，国内外在水文气象方面使用的传感器品种繁多，原理也不尽相同。常用的传感器有雨量计(翻斗式雨量计、虹吸式雨量计、光电式雨量计等)、水位计(浮子式水位计、压阻式水位计、气泡式水位计、超声波水位计、雷达式水位计、激光水位计等)、超声波流量计、温度传感器(地温及水温传感器、气温传感器)、气温/湿度传感器、蒸发传感器、日辐射传感器、风速风向计、气压计等。
②数据采集器
由于水文遥测站点大多在野外，供电困难，故水文数据采集器区别于其他SCADA系统的RTU的最显著之处是静态功耗极低，通常小于1mA，典型值在0.1～0.2mA左右。最近五年，国内水文数据采集器在微功耗、可靠性等方面有了长足的进展，并具备了三种工作模式即自报式、应答式和混合式(在自报式的基础上兼有应答功能的遥测站组成的系统，称为混合式系统)，完全能够满足水文遥测数据采集需求。目前新型数据采集器具有以下特点：
1)智能化程度达到国际先进水平。
2)采用表面封装工艺生产，集成度高；微功耗，耗电少，数据存储容量大，防干扰能力强，具备多种物理接口，可直接接人国内外流行的各种传感器。
3)支持超短波(VHF)信道、公用电话网(PSTN)信道、GSM短消息通信、CDMA通信、国际移动卫星INMARSAT-C系统、全线通OMNlTRACS系统、全球星GIDBAISFAR系统、神州天鸿北斗系统、VSAT系统、CDPD、GPRS等多种通信终端设备。
4)支持多种通信规约。
5)提供用户可编程界面，大量应用功能及参数可现场灵活设置或远程设置。
(2)信息传输交换
信息传输交换主要依据通信规约及协议，依靠通信信道、计算机网络进行。水资源监控及调度一方面将分散在整个流域内的各遥测站点水文数据采集到中心站；另一方面，还要与上、下级水调系统，以及其他相关系统进行信息交换。
①水文遥测信息传输
目前水文遥测信息传输可用的信道有：超短波(VIF)信道、公用电话网(PSTN)信道、GSM短消息通信、CDMA通信、国际移动卫星INMARSAT-C系统、全线通OMNITRACS系统、全球星GIDBALSTAR系统、神州天鸿北斗系统、VSAT系统、CDPD、GPRS等。通信规约满足：1)可靠性(具有错误检测机制)，2)高效性(在保证信息完整的前提下传输数据量尽可能短)，3)安全性(防止非法用户闯入)，4)灵活性(可以在多种信道上传输，具有自动路由切换功能)。
②中心站信息交换
迄今为止，中心站信息交换可用的信道有：专线微波、VSAT卫星系统、光纤通信系统、PSTN、VPN、DDN信道、扩频通信等。在电力行业，通信协议遵循《电力系统实时数据通信应用层协议》(DL476-92)，适合与EMS、厂内监控等系统横向信息交换；在水利或其他行业通常使用自定义的通信规约。
(3)信息存储管理
水文气象信息类型多、历史长，并具有大量特征数据的特点，因此它的存储管理有非常明显的个性。在水资源监控和调度中，物理介质主要依靠磁盘、磁带和光盘存放，信息访问、管理通常是以文件、数据库、数据仓库等方式进行。
针对水文气象及闸控、视频数据的特性，在数据库存储、访问上除已使用常规的数据库技术，如基本遵循“第三范式”来设计应用数据库，使用索引、视图、触发器和存储过程等来改善数据库的访问性能外，在存储上还使用了分表技术，在数据库访问上采用了中间件技术(内含优化数据库的连接数功能)等，极大地提高了系统的访问速度及其可靠性和开放性。
(4)信息应用
信息应用是系统的最高层次，由基础应用(包括数据采集和数据处理等)、基本应用(包括闸门控制、灌渠分水量计算、水量平衡计算和统计等)、高级应用泡括水质分析、防洪抗旱调度和灌渠优化调度等)和数字化专业应用等组成。
目前学术界正在研究在数字流域的框架下建立空间分布式水文预报模型、防洪抗旱调度模型(包括水库流域和灌渠)、洪水灾害评估模型。它们较传统的模型能更多更快地获取信息，并将它们拓展到流域的三维立体空间上进行可视化展示，使模型能真实地反映自然洪水发生的客观规律，从而对灌渠和水库的入库洪水进行有效的调控。
二、都江堰灌区水资源监控及调度系统总体设计
1.系统目标
为贯彻水利部提出的资源水利、可持续发展水利的治水新思路，都江堰要进行水利自动化、信息化建设的探索和实践，把现代高科技全面引入灌区建设和管理，从而全面提升都江堰灌区水利自动化和管理水平。本项目建设包括水情遥测子系统、水质自动监测分析子系统、闸门自动控制子系统、视频监控子系统、计算机网络和信息管理子系统等6个子系统，完成灌渠的数据采集和数据处理、各种水情和工情监视、闸门自动控制、水质分析和灌渠调度等，使都江堰灌区调度管理全面走向自动化，建设的系统整体达到国内领先水平。
2.系统结构
系统结构框图见图2。水情子系统由VHF和GSM信道构成，其余是光纤信道。为预防通信异常，确保灌渠生产调度管理正常运转，本设计中闸控、水质和视频系统将设置分中心站，数据在分中心站先进行存储再转发到中心站，构成现地、分中心、中心三级系统。
3.系统组成及功能
图2 系统结构框图都江堰水资源监控及调度系统由6个子系统构成，包括水情遥测子系统、水质自动监测分析子系统、闸门自动控制子系统、视频监控子系统、计算机网络和信息管理子系统。
(1)水情遥测子系统
在紫坪埔、渠首六大干渠组建了 10个水情测站，实时采集岷江来水量、灌区干支渠水量、工业用水点水量、灌区土壤墒情及雨量。该系统由数据采集(VHF、GSM无线信道)和中心站组成，各遥测站与中心站构成星状网络，中心站为中心节点。测站采取自报为主、应答为辅的方式发送数据，并且具有固态存储数据功能。中心站具有数据处理、统计分析、查询等功能，并能向上级部门提供信息服务。
子系统中的核心设备ACS300是国内唯一基于数据采集平台(DCP)概念设计的高可靠和高智能化微功耗数据采集器的最新产品，也是国内第一台完全满足工业级标准的水情数据采集器，与在水利系统中广泛使用的ACS系列产品相比，ACS300体积减小50%，静态功耗降低50%，工作功耗降低75%，启动时间减<
