水情自動測報系統在水利工程中的應用研究

賈瑞紅

水情自動測報系統在水利工程中的應用研究

賈瑞紅

（唐山市陡河水庫管理處 河北唐山 063021）

水情信息對于洪水預報以及調控有著非常顯著的作用，因而建立水情自動測報系統刻不容緩。本文從水情測報系統的主要任務出發，詳細敘述了水情測報系統中關鍵部位，最后以陡河水庫為實例進行了實例分析。

水情自動測報系統 水利工程 陡河水庫

水情信息是洪水預報調度工作中數量大、實時性強，并且國家有嚴格報送制度的基礎信息，是預報調度工程運行管理等決策的主要依據。隨著現代通信技術、微電子技術、現代傳感技術、計算機及其網絡技術、衛星技術等的迅速發展，我國水情自動測報系統已走向成熟，但遠未普及，仍需大力推廣。目前，陡河水庫的水情測報系統主要為超短波系統，具體介紹如下：

1 水情測報系統的主要任務分析

建立水情自動測報系統的目的是防洪、興利和水利調度，其任務是實時收集流域內（或者說目標區域內）的各類水情信息，經過處理后適時作出水情預報（如洪水預報、旱情預報、洪災預報），爭取預見期，最大限度地減少以至避免洪水、旱災造成的損失。最大限度地發揮工程效益，如優化輸配水方案，確保水利工程安全，提高水的利用率，在一定條件下，可多蓄水、多發電等。水情自動測報系統按功能可以分為三大部分：即數據采集、數據傳輸和數據處理。數據采集裝置一般采用具有A/D轉換接口的傳感器，一些情況下該裝置還兼備顯示、存數以及打印的功能，我們將這些采集裝置稱為非電量電測。數據傳輸主要是有傳輸的控制裝置以及信道兩方面組成的。信道也是由傳輸介質和信道機組成。傳輸控制裝置是對信號進行采集控制、傳輸控制以及發送控制，它還可接受遙控指令執行命令。數據處理是在中心站由計算機完成的，這里的處理計算機一般有兩臺，分別為主機和前置機，負責數據收集、預處理等工作，并且還可以按照數據收集目的做出相應處理。實際使用中可以用作水庫防洪發電調度、灌區輸配水優化以及實時洪水預報等。

2 水情測報系統的組成8

水情自動測報系統的組成包括一個中心站、多個各類遙測站、若干個中繼站。中心站的主要功能就是對數據進行收集和處理，測站的主要工作就是對信息進行收集并進行編碼和發送。中心站和測站的結構是由系統的規模和作用決定的，不同的系統功能要求選擇的中心站和測站結構也不盡相同。

2.1中心站

中心站的主要組成部分有主機、前置處理機、收發信設備、外圍設備以及電源等。進行中心站建設時應當注重以下幾點：

（1）選用低功耗高可靠性的工業控制機（如單片機）作為前置處理機，負責接收和存儲數據并對數據進行適當的預處理，目的在于減輕主機負擔和提高系統可靠性。主機的選用原則是選用高檔微機，這樣的選擇能夠確保本系統數據處理完成的同時保證其他任務也能同時進行。

（2）中心站使用的電源應配備蓄電池組，在條件允許的情況下還應當配備備用發電機，確保前置處理機正常運行。

2.2測站

測站主要由傳感器、收發信設備、無線水情遙測儀、電源等組成。根據測站的重要性和要求的不同及所選用的體制不同，其設備配置是不同的。

(1)遙測站若設在某一管理單位或原水文站，此時要檢測的水情參數較多，一般要求就地能顯示打印存儲。在這種情況下應采用應答式體制，這時設備配置較多，耗電量較大，對電源要求較高。

(2)對于單一水情參數遙測站，如水位站、雨量站等可以采用無人值守的自報式測站，可以利用太陽能電池進行供電，采用這種方式的優點在于耗電量少，并且簡化了整個測站的設備配置。

（3）無線水情遙測儀是由收發信裝置、接口、modem（調制解調器）以及微電腦芯片組裝在一起的。

2.3中繼站

在遙測站與中心站之間，中繼站起著樞紐的作用。這是因為在建設水情自動測報系統時，往往會選擇丘陵或者山區等特殊的地帶，然而這樣就給遙測站和中心站帶來了干擾，因為丘陵和山區中有著很多不可避免的阻擋物存在，像樹林、山等，使得通信線路中的有效傳輸大大降低，從而不能滿足測試的要求。在這樣的情況下，中繼站的優勢就凸顯了出來，它起著接受并轉發信號的作用，使得信號不至于衰弱。在中繼站中，存在著天饋線、中繼機和雙工電臺等主要部件，其能量主要是靠太陽能電池板和蓄電池來維持續航。

2.4水文自動測報

水文自動測報通過對水情數據自動采集、自動處理、自動預報，水情自動測報系統完成了其主要的任務。它需要有較高質量的通信電路設計方法，從而有效克服工作地理環境差的問題。根據國家無線電管理委員會規定，電路的工作頻率和工作方式要結合系統工作地點，來進行電路設計，從而使水情測報整個系統組網達到最優化。還需要合適的電路信道，首先信道傳輸誤碼率不得高于10-4，其次超短波信道和系統暢通率不小于百分之十。

3 實例分析—以陡河水庫為例

陡河水庫位于陡河上游，在唐山市市區東北15km，是一座以防洪為主，兼供唐山市市區工業和生活用水及庫區周邊和下游工農業生產用水等綜合利用的大型水利樞紐工程；引灤入唐工程修建后，又是引灤入唐終端調節水庫。水庫興建于1955年，建成于1956并投入運行，歷經1969～1971年續建，1976～1977年震后修復，1988～1989年提高保壩標準工程建設，到1990年全部完工，達到千年一遇設計，萬年一遇校核的防洪標準。陡河水庫是年調節水庫，死水位28米（大沽高程，下同），汛限水位34米，正常蓄水位34米，設計洪水位40.3米，校核洪水位43.4米，總庫容5.152億m3，其中調水庫容4.414億m3，興利庫容0.684億m3，在實際運用中，為保陡河電廠供水要求，水庫水位不低于30.0m，實際上水庫興利庫容僅為0.557億m3，控制流域面積530km2。是唐山市的頭頂庫，運行原則是在保證水庫工程安全的前提下確保唐山市區防洪和用水安全。

建設陡河水庫水情自動測報及防洪調度自動化系統的總體目標是：建設高質量、高標準的水利信息網絡；建成高效、可靠、先進、實用的水情信息采集系統，全面、快速、準確、及時地為各級防汛部門提供信息服務；建成動態的圖像傳輸系統，建設和完善各市縣河道管理局所的防汛通信系統；建成一個具有先進性的調度決策系統以及優異的水情信息管理系統。陡河防訊系統在一定程度上不僅能完成對水情資料的收集、水文的考察，適時為省防辦及各市提供防汛調度的決策依據；實現全流域的信息資源共享。整個陡河防汛調度自動化系統建設分期實施，近期主要完成對陡河干流水情自動測報系統的建設工作。本系統設計是基于唐山市防訊指揮系統整體方案，在唐山市防汛辦的防洪調度自動化系統的基礎上，與陡河流域的防洪需求相結合，再進行最后的確定。具體系統設置見圖1。

圖1 陡河水庫水情自動測報系統結構圖

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.008

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1672-2469（2014）03-0021-03

賈瑞紅（1970年—），女，教授級高級工程師。