都江堰是全國最大的灌區，覆蓋地域廣闊，建筑設施布點多，閘群、水文站、氣象站眾多，干渠、支渠縱橫，斗渠星羅棋布，且服務功能多樣，管理對象繁多，管理業務復雜，要科學管理和有效調度如此龐大復雜的灌區，充分利用水資源，保護生態環境，建設一套先進、可靠的水資源監控及調度系統是非常必要的。
一、水資源監控及調度系統的體系結構
1.系統信息流
信息流分析是開發水資源監控及調度系統的前提，該系統信息流包括信息流過的四個重要環節即信息采集處理、信息傳輸交換、信息存儲管理和信息應用等。
2.系統架構
水資源監控及調度系統架構見圖1。其中四個環節的每一個單元都是水資源監控及調度系統的重要部分。
圖1 水資源監控及調度系統架構
(1)信息采集處理
通過水文氣象傳感器和數據采集器(RTU)，將灌渠或水庫流域的水、雨情信息采集變換成相應的數據信息，存儲并轉發到中心站。
①水文傳感器
目前，國內外在水文氣象方面使用的傳感器品種繁多，原理也不盡相同。常用的傳感器有雨量計(翻斗式雨量計、虹吸式雨量計、光電式雨量計等)、水位計(浮子式水位計、壓阻式水位計、氣泡式水位計、超聲波水位計、雷達式水位計、激光水位計等)、超聲波流量計、溫度傳感器(地溫及水溫傳感器、氣溫傳感器)、氣溫/濕度傳感器、蒸發傳感器、日輻射傳感器、風速風向計、氣壓計等。
②數據采集器
由于水文遙測站點大多在野外，供電困難，故水文數據采集器區別于其他SCADA系統的RTU的最顯著之處是靜態功耗極低，通常小于1mA，典型值在0.1～0.2mA左右。最近五年，國內水文數據采集器在微功耗、可靠性等方面有了長足的進展，并具備了三種工作模式即自報式、應答式和混合式(在自報式的基礎上兼有應答功能的遙測站組成的系統，稱為混合式系統)，完全能夠滿足水文遙測數據采集需求。目前新型數據采集器具有以下特點：
1)智能化程度達到國際先進水平。
2)采用表面封裝工藝生產，集成度高；微功耗，耗電少，數據存儲容量大，防干擾能力強，具備多種物理接口，可直接接人國內外流行的各種傳感器。
3)支持超短波(VHF)信道、公用電話網(PSTN)信道、GSM短消息通信、CDMA通信、國際移動衛星INMARSAT-C系統、全線通OMNlTRACS系統、全球星GIDBAISFAR系統、神州天鴻北斗系統、VSAT系統、CDPD、GPRS等多種通信終端設備。
4)支持多種通信規約。
5)提供用戶可編程界面，大量應用功能及參數可現場靈活設置或遠程設置。
(2)信息傳輸交換
信息傳輸交換主要依據通信規約及協議，依靠通信信道、計算機網絡進行。水資源監控及調度一方面將分散在整個流域內的各遙測站點水文數據采集到中心站；另一方面，還要與上、下級水調系統，以及其他相關系統進行信息交換。
①水文遙測信息傳輸
目前水文遙測信息傳輸可用的信道有：超短波(VIF)信道、公用電話網(PSTN)信道、GSM短消息通信、CDMA通信、國際移動衛星INMARSAT-C系統、全線通OMNITRACS系統、全球星GIDBALSTAR系統、神州天鴻北斗系統、VSAT系統、CDPD、GPRS等。通信規約滿足：1)可靠性(具有錯誤檢測機制)，2)高效性(在保證信息完整的前提下傳輸數據量盡可能短)，3)安全性(防止非法用戶闖入)，4)靈活性(可以在多種信道上傳輸，具有自動路由切換功能)。
②中心站信息交換
迄今為止，中心站信息交換可用的信道有：專線微波、VSAT衛星系統、光纖通信系統、PSTN、VPN、DDN信道、擴頻通信等。在電力行業，通信協議遵循《電力系統實時數據通信應用層協議》(DL476-92)，適合與EMS、廠內監控等系統橫向信息交換；在水利或其他行業通常使用自定義的通信規約。
(3)信息存儲管理
水文氣象信息類型多、歷史長，并具有大量特征數據的特點，因此它的存儲管理有非常明顯的個性。在水資源監控和調度中，物理介質主要依靠磁盤、磁帶和光盤存放，信息訪問、管理通常是以文件、數據庫、數據倉庫等方式進行。
針對水文氣象及閘控、視頻數據的特性，在數據庫存儲、訪問上除已使用常規的數據庫技術，如基本遵循“第三范式”來設計應用數據庫，使用索引、視圖、觸發器和存儲過程等來改善數據庫的訪問性能外，在存儲上還使用了分表技術，在數據庫訪問上采用了中間件技術(內含優化數據庫的連接數功能)等，極大地提高了系統的訪問速度及其可靠性和開放性。
(4)信息應用
信息應用是系統的最高層次，由基礎應用(包括數據采集和數據處理等)、基本應用(包括閘門控制、灌渠分水量計算、水量平衡計算和統計等)、高級應用泡括水質分析、防洪抗旱調度和灌渠優化調度等)和數字化專業應用等組成。
目前學術界正在研究在數字流域的框架下建立空間分布式水文預報模型、防洪抗旱調度模型(包括水庫流域和灌渠)、洪水災害評估模型。它們較傳統的模型能更多更快地獲取信息，并將它們拓展到流域的三維立體空間上進行可視化展示，使模型能真實地反映自然洪水發生的客觀規律，從而對灌渠和水庫的入庫洪水進行有效的調控。
二、都江堰灌區水資源監控及調度系統總體設計
1.系統目標
為貫徹水利部提出的資源水利、可持續發展水利的治水新思路，都江堰要進行水利自動化、信息化建設的探索和實踐，把現代高科技全面引入灌區建設和管理，從而全面提升都江堰灌區水利自動化和管理水平。本項目建設包括水情遙測子系統、水質自動監測分析子系統、閘門自動控制子系統、視頻監控子系統、計算機網絡和信息管理子系統等6個子系統，完成灌渠的數據采集和數據處理、各種水情和工情監視、閘門自動控制、水質分析和灌渠調度等，使都江堰灌區調度管理全面走向自動化，建設的系統整體達到國內領先水平。
2.系統結構
系統結構框圖見圖2。水情子系統由VHF和GSM信道構成，其余是光纖信道。為預防通信異常，確保灌渠生產調度管理正常運轉，本設計中閘控、水質和視頻系統將設置分中心站，數據在分中心站先進行存儲再轉發到中心站，構成現地、分中心、中心三級系統。
3.系統組成及功能
圖2 系統結構框圖都江堰水資源監控及調度系統由6個子系統構成，包括水情遙測子系統、水質自動監測分析子系統、閘門自動控制子系統、視頻監控子系統、計算機網絡和信息管理子系統。
(1)水情遙測子系統
在紫坪埔、渠首六大干渠組建了 10個水情測站，實時采集岷江來水量、灌區干支渠水量、工業用水點水量、灌區土壤墑情及雨量。該系統由數據采集(VHF、GSM無線信道)和中心站組成，各遙測站與中心站構成星狀網絡，中心站為中心節點。測站采取自報為主、應答為輔的方式發送數據，并且具有固態存儲數據功能。中心站具有數據處理、統計分析、查詢等功能，并能向上級部門提供信息服務。
子系統中的核心設備ACS300是國內唯一基于數據采集平臺(DCP)概念設計的高可靠和高智能化微功耗數據采集器的最新產品，也是國內第一臺完全滿足工業級標準的水情數據采集器，與在水利系統中廣泛使用的ACS系列產品相比，ACS300體積減小50%，靜態功耗降低50%，工作功耗降低75%，啟動時間減<
