岳城水庫遙測系統設計技術方案簡介

于偉東

岳城水庫遙測系統設計技術方案簡介

于偉東

（海河水利委員會漳衛南運河管理局,山東德州253009）

岳城水庫遙測系統一期工程始建于1985年，二期工程建設于1989年，三期工程1999年建設完成，因系統老化等原因，2010年停止運行，嚴重影響岳城水庫水情預報和防汛安全。2016年，岳城水庫遙測系統建設列入國家水資源監控能力建設項目（海委）第二階段的建設任務。闡述了岳城水庫遙測系統對漳衛南運河流域防汛調度和洪水預報的重要意義和作用，并對岳城水庫水情測報系統站網布設、通信方式、系統功能等進行分析論證。

岳城水庫；遙測系統；水情自動測報

1 項目概況

岳城水庫位于河北省磁縣與河南省安陽縣交界的漳河干流出山口處，控制流域面積18 100 km2，總庫容13億m3，是海河流域南系漳河上一座以防洪、灌溉為主兼有供水、發電等功能的大（1）型水利樞紐工程。岳城水庫水情自動測報系統（遙測系統）一期工程始建于1985年，二期工程建設于1989年，三期工程1999年建設完成。原岳城水庫遙測系統是漳衛南運河流域防汛調度和洪水預報的重要環節，系統采集岳城水庫上游太行山區的水情、雨情信息，通過超短波傳送到岳城水庫中心站，再由PSTN通信撥號方式傳送數據到漳衛南運河管理局（以下簡稱漳衛南局）、海委，在岳城水庫水情預報和調度運用中具有重要作用。經過多年運行，岳城水庫遙測系統暢通率逐年降低，設備故障頻率逐年增多，現場維護難度逐年加大。按照《水文自動測報系統技術規范》（SL61-2003）規定，岳城水庫水情自動測報系統屬于超限運行。2009年5月，漳衛南局組織了岳城水庫遙測系統評估，認為該系統屬于超期服役，且技術落后，不具備修復價值，建議及時更新現有的水文測報系統。2010年系統終止運行。2016年，水利部印發《水利部關于印發〈國家水資源監控能力建設項目實施方案（2016—2018年）〉的通知》，岳城水庫遙測系統建設列入國家水資源監控能力建設項目（海委）第二階段的建設任務。

2 站網布設論證

站網布設關系到系統建設規模和投資，關系到洪水預報精度、防洪調度的科學合理性及系統的運行和維護，是水情自動測報系統的重要內容。

2.1 原遙測站網評價

岳城水庫原遙測系統包括1個中心站、6個中繼站、4個雨量兼水位遙測站、6個雨量兼人工置數流量遙測站、24個雨量遙測站，共計34個測站，覆蓋了清漳河全部和濁漳河漳澤水庫、后灣水庫、關河水庫以下及漳河干流，控制流域面積約11 910 km2，占總流域面積的66%。

岳城水庫的重點測報范圍為三庫石梁區間，清漳河匡門口站以上區間，石梁、匡門口—觀臺之間的區間（簡稱石匡觀區間）。多年運行實踐證明，岳城水庫原測報站網基本符合流域降雨和地形特點，綜合考慮了基本控制區域的降雨分布和下墊面對降雨徑流的影響，可滿足水庫洪水、徑流預報和調度需要。

2.2 站網調整

本次建設根據岳城水庫水情測報的新要求以及流域水文站網進一步完善的實際，充分考慮現有站點情況、通信組網條件和技術發展情況，基于預報模型相匹配等因素，對原有站網進行調整，優化站網布局，滿足岳城水庫實時洪水預報調度的要求。站網調整主要依據以下原則：

（1）保持站網穩定。現有站點布設比較合理，按照資料系列完整和經濟可行的原則，測站分布盡量利用原有測站，除個別地區調整外，原則上不變動測站站址。

（2）重點預報區間站點適當加密。漳河流域洪水預報分6個區間，即濁漳河的關河水庫以上區間、后灣水庫以上區間、漳澤水庫以上區間、三庫石梁區間，清漳河匡門口站以上區間，石梁、匡門口—觀臺之間的區間。在岳城水庫測報范圍的三庫石梁區間、清漳河匡門口站以上區間和石梁、匡門口—觀臺之間的區間，增加濁漳河天橋斷、吳家河電站、觀臺冶子站，庫區增加東新安、南孟村站。

（3）水庫控制區站點取消。濁漳河北、西、南三源上分別建有關河、后灣、漳澤3座大型水庫，控制流域面積分別為3 146、1 296、1 747 km2，區間洪水受3個大型控制性水庫控制，對于三大水庫控制區的站點不再保留。因此，取消南谷洞水庫上游石板巖站，降雨和徑流由南谷洞水庫出庫站控制；取消清漳河石匣水庫上游橫嶺站，降雨和徑流由石匣水庫出庫站控制；取消濁漳北源涅河山交站（山西省武鄉縣故城鎮山交村）；取消清漳河東源紫蘿、和順、松煙站，降雨和徑流由蔡家莊、芹泉站控制。

（4）充分利用水文站點，增加清漳河東源芹泉、清漳河麻田站，粟城站調整至粟城水文站（新建水文站）。

3 站網分析評價

3.1 站網總體情況

站網調整后，系統規模為1個中心站、36個遙測站，36個遙測站包括5個水位、雨量站，5個流量、雨量站，4個水位、流量、雨量站和22個雨量站。

（1）中心站1個，為岳城水庫。

（2）水位、雨量站5個，包括蔡家莊（浮子水位計）、觀臺（浮子水位計）、匡門口（浮子水位計）、吳家河（雷達）、天橋斷（雷達）。

（3）流量、雨量站5個，包括后灣水庫、漳澤水庫、關河水庫、劉家莊、石梁。

（4）水位、流量、雨量站4個，包括侯壁、芹泉、麻田、粟城（全部安裝浮子水位計）。

（5）雨量站22個，包括石匣、寒王、偏城、東陽關、西井、襄垣、任村、郝趙、涉縣、河南、蟠龍、寨溝、南偏橋、五里后、實會、白土、南谷洞、平順、南孟村、東辛安、觀臺村、壩上雨量站。

3.2 站網分析評價結果

（1）代表性站網密度為382 km2/站。整體布設合理、均勻，在支流、暴雨頻發地區都布設雨量站，能有效控制流域降雨分布及由于下墊面不均勻性對降雨徑流的影響，暴雨中心區的密度適當大于其它地區，滿足水文站網規劃技術導則要求。

（2）控制性水庫均設站，后灣水庫、漳澤水庫、關河水庫、石匣水庫、南谷洞水庫、岳城水庫均設有站點。

（3）站網與現有水文站網結合，充分利用河道和水庫水文站網，主要包括芹泉、麻田、劉家莊、匡門口、石梁、侯壁、天橋斷、觀臺等。

（5）滿足水文自動測報系統規范要求，測站布設在交通、生活方便和安全的地方，通信條件良好，便于建設和維護管理。

站網論證分析表明，其能夠滿足岳城水庫洪水預報及防洪調度的要求。

4 遙測系統設計

4.1 指導思想

（1）對遙測站點進行系統規劃、改造和設備更新，提高系統采集時效性和可靠性。遙測站數量、位置根據實際需要進行微調，更新軟硬件，改造機房、防雷等基礎設施，建設全新的水情自動測報系統。

（2）采用先進可靠的新技術，取消二級以上中繼站，減少設備轉發時間。系統采用自報方式，通信方式采用GPRS/衛星雙信道，提高系統可靠性，各遙測站、中繼站均采用無人值守的管理方式。

（3）實現水雨情信息實時采集，滿足水情預報、洪水調度和水資源配置需要。

4.2 設計原則

大家都是做廣義上的司法工作的，誰在工作中都會遇上點不痛快的事。有的時候真是壓了一肚子的火不能發，簡直嘔到吐血，只有“我為人民服務我驕傲”才能平復心情。

（1）先進性原則。所有設備全部選用技術成熟、業界先進的產品，保持其技術先進性。

（2）經濟實用原則。堅持“經濟運行、高效實用”的原則，在完全滿足各項功能要求的前提下，盡量節省改造建設經費。

（3）可擴展性原則。堅持“實施簡單、擴容便捷”的原則，做到安裝便利，易于維護且有高度的開放性、兼容性和可持續性。

（4）可靠性原則。堅持“長期運行、穩定可靠”的原則，系統的設備實現7×24 h不間斷可靠運行。鑒于防汛工作的重要地位和特殊性，防汛遙測系統必須選用通用的、技術上十分成熟的、運行穩定可靠的設備。

4.3 總體功能

實時、定時采集、傳輸和處理測站的水情信息；完成水情預報作業；基于TCP/IP技術，滿足其它有關計算機系統的數據通信規約；查看中繼站、遙測站的各種硬件參數，包括電源、傳輸設備的工作狀態；遙測站、中心站具有數據存儲功能。

4.4 工作體制

采用GPRS/衛星雙通道水情自動測報系統。遙測站采用主備信道運行，GPRS為主信道，北斗衛星為備用信道，一點雙發組網。遙測站數據同時發送到岳城水庫水情中心和漳衛南數據接收中心，岳城水庫水情中心站接收數據采用固定IP專線接收GPRS傳輸的數據，衛星指揮機接收衛星信道傳輸的數據，漳衛南數據接收中心采用固定IP專線接收數據。主中心出現故障后，兩個中心數據互為備份，通過專線實現數據同步。岳城水庫邯鄲辦公地點和漳衛南局通過網絡直接訪問水情應用系統。

5 遙測站總體功能和系統組成

5.1 遙測站總體功能

采用自報式體制，1 h發送1次數據，每發1次數據需要把上1 h采集的12個數據發送到中心。

（1）隨機采集、自報。每當雨量變化1個計量單位（1 mm）或水位變化1個計量單位（1 cm）且與上次發送間隔大于規定時間，向中心站發送當前數據。傳輸內容包括站號、當前雨量累計值、當前經過濾波瞬時水位等數據。

（2）定時采集、自報。按預定的定時時間間隔（壩上站10 min、匡門口、侯壁、觀臺水位30 min）采集當前數據并向中心站發送。

（3）狀態報告。向中心站報告遙測站的工作狀態（如設備狀態、電源信息等）。

（4）自適應采集自報。當傳感器數據在容限內（雨量≤5 mm，水位≤10 cm）變化時，按規定方式采集數據；當數據突變（雨量＞5 mm，水位＞10 cm）時，可根據變幅自動增加采集、發送次數，以取得數據極值。

（5）現場顯示。顯示時間（年、月、日、時、分）、站號，雨量當前累計值，當前水位，一段時間內的雨量值和水位最大值、最小值、平均值。

（6）現場設置。設置站號，采用時間間隔，定時自報時間間隔，年、月、日、時、分，水位高程基準值，日水位數據的起始時間，電臺預熱時間，消浪幅度。

（7）關機保護。具有軟件、硬件多重關斷電臺電源的保護措施。

（8）節能。當不需要數據采集、發送時，系統進入休眠狀態。

（9）具有人工干預立即發送功能。

5.2 系統組成

系統主要由采集系統、傳輸系統、電源系統、防雷接地系統和附件組成。

（1）雨量站。雨量站主要由翻斗式雨量計、RTU、GPRS模塊、衛星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網、避雷針、避雷器、室外防護機箱、桿件輔材及附件等組成。

（2）流量置數雨量站。流量置數雨量站主要由翻斗式雨量計、RTU（含人工置數器）、GPRS模塊、衛星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網、避雷針、避雷器、機箱輔材及附件等組成。

（3）水位、雨量站。水位、雨量站主要由翻斗式雨量計、水位傳感器、RTU、GPRS模塊、衛星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網、避雷針、避雷器、機箱輔材及附件等組成。

（4）水位、流量、雨量站。水位流量雨量站主要由翻斗式雨量計、水位傳感器、RTU（含人工置數器）、GPRS模塊、衛星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網、避雷針、避雷器、機箱輔材及附件等組成，共4個。遙測站設備連接，如圖1所示。

圖1 GPRS+衛星傳輸遙測站設備連接

5.3 岳城水庫中心站功能及組成

系統設立岳城水庫水情中心、漳衛南數據接收中心。中心站是水文測報系統的中樞，能完成數據采集、數據處理和洪水預報等工作，能通過局域網與其它客戶機進行數據共享，并可將數據傳輸到漳衛南局及上級機關。中心站主要功能有：①能通過GPRS和衛星信道實時接收各遙測站的數據，加注時間標簽，進行合理性檢查，自動備份原始數據；②對采集數據進行分析、統計計算，繪制打印圖表；③對流域參數具有輸入、更新及查詢功能；④完成水情預報；⑤數據庫功能；⑥漳衛南局通過現有網絡可實時接收岳城水庫水文自動測報系統數據，于岳城中心站互為數據備份，為防汛調度提供有力的支持；⑦在岳城水庫邯鄲辦公地點安裝單屏顯示設備，通過現有網絡，實時顯示岳城水庫水文測報系統水雨情信息。

6 結論

（1）岳城水庫遙測系統通過改建，使流域雨量遙測站點分布更加合理，可以實現干流降水雨情的有效控制，為實施聯機洪水預報作業提供可靠的水情信息源，滿足實時洪水預報作業、防洪調度、洪水資源化利用和防汛指揮的信息應用需求。

（2）增強數據傳輸的可靠性，減少測站數據傳輸過程中的中轉環節，可以提高中心站的數據處理能力，提高系統汛期對流域降水情況的控制和系統的整體運行效能，有效解決數據傳輸的可靠性問題。

（3）提高水情監測能力。系統全部采用GSM/衛星雙信道通信方式，使得整個系統的測站主板備件類型簡化為單雨量型和水位/雨量型兩種，可以統一系統通信方式，為維護效率和備件互用率的提高提供便利條件，提高系統測站的設備備件利用率和數據傳輸、通信保障能力。

（4）實現實時聯機預報、實時查詢顯示、實時網上共享和遠程傳輸方面等功能，可以充分發揮水雨情數據在防汛調度和水資源配置中的作用。

水雨情遙測系統工程是保障水庫防洪安全的重要非工程措施。岳城水庫作為漳衛南運河流域的重要控制工程，在流域防汛調度、水資源配置等方面具有重要地位，關系漳衛南運河水系的防洪安全大局。本項目是完善岳城水庫洪水預報作業、防洪調度、洪水資源化利用和防汛指揮的信息應用工程，其建設十分必要且十分迫切。

TV697；TP29

A

1004-7328（2017）03-0039-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.03.012

2017—04—25

于偉東（1968—），男，博士，教授級高級工程師，主要從事水資源規劃、管理和保護、信息化建設及相關研究工作。