水情自動測報系統在山美水庫中的應用

程洪波

(泉州市山美水庫管理處，福建 泉州 362000)

山美水庫位于福建省晉江支流東溪中游，水庫壩址以上流域面積1 023 km2，多年平均徑流量14億m3，總庫容6.55億m3。山美水庫是灌溉、防洪、發電、供水等綜合利用水利樞紐工程，設計洪水標準為100 a一遇。水庫正常蓄水位為96.48 m，設計洪水位98.78 m，相應洪峰流量4 020 m3/s，校核庫水位102.28 m，相應洪峰流量14 000 m3/s。

1 系統組成及功能

1.1 系統組成

水情自動測報系統由2個中心站、2個中繼站、19個遙測站等組成，通信組網方案采用超短波和GSM混合組網，以超短波通信方式為主，手機短信(GSM)方式為輔;系統工作體制采用“自報式”工作體制，遙測站采用增量控制、定量發射工作方式，能自動向中心站發送定時信號和工作電壓，具備無人值守工作的功能;水情信息采集分為雨量、水位、蒸發量采集3種方式。

1.2 中心站結構及功能

中心站結構如圖1所示，由通信設備(同軸避雷器、電臺、天線和饋線)、調制解調控制設備(中心控制儀)、前后臺計算機(水情工作站、服務器)、遠程通信GSM Modem、打印機和供電設備(交流凈化電源、UPS、蓄電池組、直流穩壓電源等)組成。中心站設備配置的水情工作站主要用于信息的接收、預處理(原始數據接收、統計;圖形、表格顯示、輸出打印、數據存儲、查詢等等);數據庫服務器用于信息的存儲和共享，信息采取雙向處理方式接收。

中心站作為水情測報系統的中心，主要功能有:①能隨時接收系統內水情遙測站發送數據，并能檢錯、糾錯、分類、存儲建立數據庫和形成水文統計報表，同時具有檢索、查詢等功能，中心站能實時顯示各遙測站的實時數據。②對接收的數據和格式進行合理性校驗。③提供各類表格、圖形、方案所用的數據。④對越限信息及全系統的主要設備故障均具有報警功能。具有水位、流量等越限報警功能，采用顏色、聲響等區分報警。⑤具有糾錯、插補功能，同時可顯示水情遙測站的運行狀態(顯示各野外站的電壓狀態)，中心站具有圖示硬件檔案和軟件結構等功能，如水情遙測報汛站、水情監視轉發站、中心站的硬件配置圖和軟件配置圖。能存儲工程情況及歷史資料的各類文件和圖表，中心站可顯示庫區水情圖，同時可圖表顯示水位過程線等。⑥原始數據永久性顯示窗，數據自動備份，水情實時動態顯示等功能，能將實時水情信息和用水決策調度成果及時提供給有關部門。⑦可通過計算機屏幕監視各遙測站、中繼站工作狀況。⑧可實現WEBGIS的發布與瀏覽。

1.3 中繼站結構及功能

中繼站結構如圖2所示，設備主要包括:中繼站終端設備(RTU)、天饋線、超短波無線電臺、無線調制解調器、太陽能電池板、蓄電池、避雷器等。

中繼站主要功能:①自動轉發各遙測站水文數據，能對各遙測站站址信號和數據自動進行判別、檢錯、糾錯，有較強的抗干擾能力。②能與中心進行雙向通信，接受中心管理，可遠程診斷，接受中心指令，執行工作切換動作的應答，能定時發送自檢信息。③支持休眠喚醒工作方式，使中繼功耗盡可能的降低，一但死機達到設定的時間，能自動復位恢復工作。④發射前導時間可自主設定，突發擁擠數據序列排隊轉發。⑤防雷電保護電路保護信號端口，防止感應雷擊感應。

1.4 遙測站結構及功能

遙測站結構如下圖3，設備由遙測終端、傳感器、電臺、同軸避雷器、天饋線和電源等組成。

遙測站主要功能:

1)能夠自動根據水文參數變化或設定的時間間隔要求實時采集、存貯、累積和發報水文數據。

2)具有站址和前導時間任意設定功能。

3)具有定時自檢發送自身工作狀態信息。

4)具有雙信道通信功能，提高系統可靠性。

5)具有固態存儲功能，防止數據丟失?！?/p>

2 水情自動測報系統信息采集方式

2.1 雨量采集方式

雨量采集采用翻斗式雨量觀測設備，精度為0.5 mm，當雨量達到1 mm時，自動向接收方發送數據。采集降雨強度可達4 mm/最小，誤差≤±3%。工作時，降水進入環口控制面積，由集水器匯攏后，通過進水漏斗進入翻斗;當計量到一定水量時，翻斗翻轉，翻斗上的磁石吸合或釋放翻斗旁的干簧管，產生一個通斷信號，該信號進入終端機進行累加計算，以數字代碼形式發射，采用雙信號輸出方式。

2.2 水位采集方式

水位觀測設備優先采用水位測井和浮子式水位計。無水位測井的可因地適宜地采用壓力式、超聲波、激光等水位計。當水位升降1 cm時，自動向接收方發送數據，為防止風浪影響，采用5 min定時采集。

2.3 蒸發量采集方式

遙測蒸發站采用自動補水裝置和蒸發皿。自動補水裝置定時向蒸發皿加水，并將數據定時發送。

3 電源系統

1)中心站采用220V交流供電，配備有不間斷電源(UPS)作為斷電保護裝置。

2)中繼站采用直流12V、24AH蓄電池，20W太陽能浮充供電。

3)測站采用直流12V、7AH或24AH蓄電池，5W或20W太陽能浮充供電。

4 防雷系統

1)中心站值守設備、中繼站和測站所有設備采用太陽能浮充供電方式，避免了交流電網的干擾和雷擊。

2)設有室外天線的站點，建有良好接地體，防止雷擊。各類遙測站防雷接地電阻≤10Ω，中心站和中繼站防雷接地電阻≤5Ω。

3)室外天饋線系統和設備之間采用同軸避雷器聯接，將干擾雜波引接入地，保護設備。

4)中心站交流供電電源另加設防雷斷電等保護措施。

5 系統特點

1)實時性強，系統數據全自動傳輸，數據傳輸系統每5min提取數據一次，在保證暢通性的情況下保證實時性。

2)擴展性強，系統以防汛網絡為依托，以數據庫為基礎，由多個子系統組成，容易擴展、升級，便于管理維護、應用。

3)智能程度較高，遙測水情信息從數據提取、數據傳輸、判斷對錯、過濾錯誤數據、數據入庫、計算、統計、檢索分析到網上發布，全部自動、實時進行，并提供日志信息查詢運行情況。

4)技術先進，系統的數據傳輸部分全自動運行，節約了人力，提高了工作效率;錯誤數據過濾性能高，自動排錯;系統數據傳輸網絡狀態自動檢測，以便及時發現傳輸網絡故障。

5)安全可靠。系統中各個子系統統一使用維護和管理程序進行用戶權限管理，權限的管理可以具體到某一菜單項、能夠查詢的測點的控制、能夠查詢的時間段的控制。

6 系統應用及效益評價

山美水庫水情自動測報系統自2006年建成投入使用以來，經過4個汛期的檢驗，運行穩定，效果良好。很大程度提高水庫管理技術水平，進一步增強水庫流域及時、可靠地掌握水雨情信息的能力，能夠在洪峰形成的第一時刻及洪水漲落變化中，迅速掌握水情要素并快速反應，為提高山美水庫防洪的主動性和科學性提供可靠的支撐。同時系統建成運行，還極大減少下游洪澇災害帶來的經濟損失，產生良好的社會效益。

圖1 中心站結構示意圖

圖2 中繼站結構示意圖

圖3 遙測站結構示意圖