水情自動測報系統在沙畈水庫的應用

吳軍華，李 櫻

（金華市沙畈水庫管理處，浙江 金華 321062）

1 系統綜述

1.1 流域概況

金華市沙畈水庫位于錢塘江水系的金華江白沙溪上，距離金華城區50 km，是以灌溉、供水為主，結合發電、防洪等綜合利用的水利工程。水庫壩址以上控制流域面積131 km2，流域多年平均降水量為1 781 mm，最大單站24 h站降水量376 mm，多年平均徑流量1.51億m3，平均入庫流量4.76 m3/s。水庫正常蓄水位270.06 m，相應庫容7 696萬m3，總庫容8 555萬m3。發電引水系統全長954.55 m，裝機2×5 000 kW，年均發電2 200多萬kWh。

1.2 建設水情自動測報系統的必要性

沙畈水庫建成以后，對金華市的社會、經濟、生態等綜合效益十分明顯，同時，與下游水庫聯合調洪，基本能控制白沙溪流域的洪災損失。但流域內現有水文觀測設備仍較落后，觀測誤差大，信息傳遞不及時，已不能滿足洪水預報和水庫現代化管理的需要。為保證水庫安全防汛，合理利用水資源，提高灌溉、發電的效益和工程的運行管理水平，有必要采用現代化水文測報、洪水預報和水庫調度技術，建設水情自動測報系統，為水庫運行管理和防洪、指揮提供實時的水文信息。

1.3 建設可行性

水情自動測報系統是在計算機的監控下，利用有線或無線設備，配備傳感器和數據采集終端，自動采集、傳輸和處理水文參數，并實時進行洪水預報及水庫優化調度的自動化系統。

根據水庫防汛工作的需要，結合流域內地形地貌和流域隆雨分布的特點，考慮組建通信網的實際，建設該系統既要滿足防汛安全調度的需要，又要求無線網結構合理、遙測站分布均勻，便于管理，節省投資，并且應可靠、實用、具有先進性。

2 遙測通信網

2.1 遙測站的選址與布置

系統采用1∶1∶6的組網方式，即1個中心站、1個中繼站、6個遙測站 （壩上站、壩下站、進庫站、銀坑站、門陣站、小源口站），其中中繼站是在銀坑站、門陣站、小源口站、進庫站信道無法與中心站直接連通的情況下設置的，位于離進庫站約300 m的白楊尖上。6個遙測站中，壩下站為水位站，壩上站、進庫站為水位雨量站，銀坑站、門陣站、小源口站為雨量站，銀坑站、門陣站、小源口站、壩上站4個雨量站建庫之前就已存在，進庫流量站為水庫建成后設立。系統站點分布見圖1。

圖1 系統站點分布圖

2.2 通信網的技術要求

（1）超短波通信信道數據傳輸的誤碼率應小于10-4。

（2）信道通暢率大于99%。

（3）電路設計除要留出足夠的衰減余量和外噪聲惡化量之外，還必須留有余量，以保證通信的可靠性。一般情況下，中繼線路的信道余量取M≥10 dB，遙測站的信道余量取M≥5 dB。

（4）在系統組網測試選點時，既要考慮遙測站的代表性，又要盡量把站點設在交通方便、有人看管的地方。經信道測試選定的站點位置，施工時不能隨意改動，以免影響通信質量。

2.3 無線電通信頻率的選擇

（1）系統采用超短波通信，使用國家無線電管理委員會批準的用于防汛水情自動測報系統專用通信頻率230 MHz。

（2）系統具有通話功能。通信電臺除用于數據傳輸外，還保留無線話路功能。系統數據傳輸是單向的，即從測站到中繼站再到中心站，而話路必須為雙向、異頻單工方式。遙測站、中心站配置異頻單工車載電臺，中繼站配置雙工電臺。

（3）系統采用一對頻率點，具體頻率點需無線電管理委員會審批，同意后方可正式使用。

3 設備的配置、主要功能

3.1 中心站

中心站是全系統的核心，擔負著整個系統水文數據收集、處理、存貯、顯示和打印各類水情報告等任務，因此中心站設備的可靠性十分重要。計算機可以配置成單機運行或雙機運行等網方式運行，也可以在網絡的客戶機/服務器方式下運行。中心站一般采用前臺機與后臺機等網方式運行，兩者互為備份，以提高系統的可靠性。系統采用雙機運行。設備配置為：T2010通信電臺，YSK-1型中心控制儀，SD1731W2直流電源，C1KVA在線式UPS，計算機、打印機、穩壓器，天線、饋線、同軸避雷器，如圖2所示。

圖2 中心站系統結構示意圖

中心站的主要功能是：

（1）能夠接收有線和無線方式傳來的數據，并能對數據進行CRC校驗及合理判斷，確保數據的正確性和完整性。

（2）數據顯示功能可以將當前和歷史的水情、雨情及系統的站點信息、狀態信息等以表格、圖形（各種曲線）、地圖分布等方式顯示在屏幕上，并可進行切換。

（3）數據打印預覽及打印功能。

（4）數據管理功能，可以對數據庫中的信息進行查詢、修改、增刪，并負責維護數據庫共享時的安全。

（5）站點設置及系統參數設置，可以動態設置站點的信息，如站名、站號、位置、類型、雨量參數、水位參數等，也可以動態設置系統參數，如遙測端口地址、端口是否開啟、是否上網運行等。

（6）洪水預報模型，可以根據不同的預報模型，輸出定時預報的圖形、表格及預報調度的圖形與表格。

（7）具有故障告警、越限告警功能。

3.2 遙測站

遙測站是水情自動測報系統中的基本單元，能按照系統設計的要求，及時準確地自動采集、編碼和處理水文參數，并發送到數據收集中心，再發送至中繼站。設備配置選型為：DY1090A遙測雨量傳感器，WFH-2型細井式水位計，YS3360型遙測終端機，T2010電臺，天線、饋線、同軸避雷器，太陽能電源、蓄電池，如圖3所示。

圖3 遙測站系統結構示意圖

3.3 中繼站

根據系統組網的要求，需設定白楊尖中繼站，庫區的4個遙測站都需要經過中繼轉接才能與中心站溝通。

中繼站可分為模擬中繼和再生中繼，模擬中繼設備配置簡單，可以轉接數據信號和話音信號，缺點是會產生噪聲積累，抗干擾能力差。

系統中繼站采用再生數據中繼方式，對數據信號經糾檢錯處理后再生重發，具有很強的抗干擾能力。系統在需要通話時，還可以使中繼站從再生中繼方式轉換到模擬中繼方式。

設備的配置選型為：LM230D全雙工電臺，ZSZJ-1型中繼儀，饋線、天線、同軸避雷器，太陽能電池板、蓄電池。

4 影響系統可靠運行的主要因素

4.1 供電問題

中心站要備有不間斷的直流穩壓電源，在交流電失電的情況下，保證中心站系統設備能夠繼續正常運行。

各個遙測站建在偏遠山區，一般都無法保證交流電的供電時間和電壓質量，較可行的是采用太陽能電池板對蓄電池進行浮充的供電方式。自報式遙測雨量站只發送雨量信號，功耗很低，可采用12 W的太陽能電池板和1只12V38AH的免維護蓄電池組成浮充供電裝置。因為通信接收機一直處于開機值守狀態，3個遙測雨量站和1個進庫水位雨量站的信號都需要經過其中轉，使中繼站功耗較大，可采用90 W的太陽能電池板和2只12V100AH的免維護蓄電池供電。

山區日照時間一般比平原地區少，所以平時應加強巡查，及時清理太陽能板上的灰塵和污物，保持太陽能板的清潔，對于遮擋采光的樹木要及時清理，以便收集光源，保證有足夠的充電電壓和時間。免維護蓄電池的使用年限一般是3～4年，在到達使用年限時要及時更換，以保證各測站設備的正常運行。

4.2 防雷問題

雷擊的主要途徑是天線系統、電力線路和信號傳輸線，可采用以下措施減少雷擊的損害：

（1）在天線、饋線系統安裝同軸避雷器，要可靠接地，雷擊時向大地泄放通信采樣線路頻率帶寬以外的其它信號電流，起到保護設備的作用。

（2）在中心站的UPS前，安裝電源避雷器和電源隔離變壓器，旁路從交流電網感應來的雷擊信號和干擾信號。

（3）在雨量信號線和水位信號線的輸入端分別加入瞬時電壓吸收器件和光電隔離，吸收外來干擾。

（4）新建站房時應鋪設環形均衡接地網，接地電阻要求小于10 Ω，對不能鋪設環形均衡接地網的，接地電阻要求小于5 Ω，每兩年應檢測1次接地電阻。

（5）在鋪設接地網時，盡可能選在土質松軟的地方，接地體周圍的土壤應夯實，使之密切結合，溝內不可填入砂石磚頭等雜物。為了增加其導電性，也可在接地樁和偏鐵周圍鋪入木炭和食鹽。

（6）各站均應安裝避雷針，天線、雨量計、太陽能電池板、站房應在避雷針的保護范圍內。避雷針要可靠接地，地網垂直導體之間的距離要大于垂直導體的長度（深度），否則接地網無效。

系統從2001年投入運行至今，經歷多次強雷電、臺風的襲擊，除中心站電腦曾受到雷擊損壞外，其余設備都運行穩定，遙測站不使用交流電至今沒有受到雷擊，設備運行穩定可靠。引起電腦損壞的主要原因是交流線路受到雷擊，有強電流瞬時流入。因此，為了防止設備受到雷擊而損壞，可以在雷電來臨時關閉交流電源，啟用備用直流電源，以保證設備安全正常的運行。

4.3 信道問題

（1）經信道測試選定的站點位置，施工時不能隨意改動，以免影響通信質量。

（2）安裝調試完畢后，在天線架和天線的同一位置做上記號，在天線偏離信道而需維護時方便尋找原有信道。

（3）天線進水會造成短路，引起信號不好，檢查時應拆開各個連接處。而整根天線進水時，可在天線最低處將外皮剪一小口排空水分。天線在安裝時各個連接處一定要牢固，不得有松動，并要做好防水措施。

5 結語

水情自動測報系統自2001年安裝、調試、驗收合格，至今已經歷了多次臺風暴雨的考驗，系統一直穩定、可靠運行，為水庫防洪調度、合 理利用水資源提供了安全有效的保障，并產生了良好的經濟效益。