水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用研究

賈瑞紅

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用研究

賈瑞紅

（唐山市陡河水庫(kù)管理處 河北唐山 063021）

水情信息對(duì)于洪水預(yù)報(bào)以及調(diào)控有著非常顯著的作用，因而建立水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)刻不容緩。本文從水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的主要任務(wù)出發(fā)，詳細(xì)敘述了水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)中關(guān)鍵部位，最后以陡河水庫(kù)為實(shí)例進(jìn)行了實(shí)例分析。

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng) 水利工程 陡河水庫(kù)

水情信息是洪水預(yù)報(bào)調(diào)度工作中數(shù)量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并且國(guó)家有嚴(yán)格報(bào)送制度的基礎(chǔ)信息，是預(yù)報(bào)調(diào)度工程運(yùn)行管理等決策的主要依據(jù)。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)等的迅速發(fā)展，我國(guó)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)已走向成熟，但遠(yuǎn)未普及，仍需大力推廣。目前，陡河水庫(kù)的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要為超短波系統(tǒng)，具體介紹如下：

1 水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的主要任務(wù)分析

建立水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的目的是防洪、興利和水利調(diào)度，其任務(wù)是實(shí)時(shí)收集流域內(nèi)（或者說(shuō)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)）的各類(lèi)水情信息，經(jīng)過(guò)處理后適時(shí)作出水情預(yù)報(bào)（如洪水預(yù)報(bào)、旱情預(yù)報(bào)、洪災(zāi)預(yù)報(bào)），爭(zhēng)取預(yù)見(jiàn)期，最大限度地減少以至避免洪水、旱災(zāi)造成的損失。最大限度地發(fā)揮工程效益，如優(yōu)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(fā)電等。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)按功能可以分為三大部分：即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集裝置一般采用具有A/D轉(zhuǎn)換接口的傳感器，一些情況下該裝置還兼?zhèn)滹@示、存數(shù)以及打印的功能，我們將這些采集裝置稱(chēng)為非電量電測(cè)。數(shù)據(jù)傳輸主要是有傳輸?shù)目刂蒲b置以及信道兩方面組成的。信道也是由傳輸介質(zhì)和信道機(jī)組成。傳輸控制裝置是對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集控制、傳輸控制以及發(fā)送控制，它還可接受遙控指令執(zhí)行命令。數(shù)據(jù)處理是在中心站由計(jì)算機(jī)完成的，這里的處理計(jì)算機(jī)一般有兩臺(tái)，分別為主機(jī)和前置機(jī)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、預(yù)處理等工作，并且還可以按照數(shù)據(jù)收集目的做出相應(yīng)處理。實(shí)際使用中可以用作水庫(kù)防洪發(fā)電調(diào)度、灌區(qū)輸配水優(yōu)化以及實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)等。

2 水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的組成8

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的組成包括一個(gè)中心站、多個(gè)各類(lèi)遙測(cè)站、若干個(gè)中繼站。中心站的主要功能就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，測(cè)站的主要工作就是對(duì)信息進(jìn)行收集并進(jìn)行編碼和發(fā)送。中心站和測(cè)站的結(jié)構(gòu)是由系統(tǒng)的規(guī)模和作用決定的，不同的系統(tǒng)功能要求選擇的中心站和測(cè)站結(jié)構(gòu)也不盡相同。

2.1中心站

中心站的主要組成部分有主機(jī)、前置處理機(jī)、收發(fā)信設(shè)備、外圍設(shè)備以及電源等。進(jìn)行中心站建設(shè)時(shí)應(yīng)當(dāng)注重以下幾點(diǎn)：

（1）選用低功耗高可靠性的工業(yè)控制機(jī)（如單片機(jī)）作為前置處理機(jī)，負(fù)責(zé)接收和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，目的在于減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)和提高系統(tǒng)可靠性。主機(jī)的選用原則是選用高檔微機(jī)，這樣的選擇能夠確保本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理完成的同時(shí)保證其他任務(wù)也能同時(shí)進(jìn)行。

（2）中心站使用的電源應(yīng)配備蓄電池組，在條件允許的情況下還應(yīng)當(dāng)配備備用發(fā)電機(jī)，確保前置處理機(jī)正常運(yùn)行。

2.2測(cè)站

測(cè)站主要由傳感器、收發(fā)信設(shè)備、無(wú)線水情遙測(cè)儀、電源等組成。根據(jù)測(cè)站的重要性和要求的不同及所選用的體制不同，其設(shè)備配置是不同的。

(1)遙測(cè)站若設(shè)在某一管理單位或原水文站，此時(shí)要檢測(cè)的水情參數(shù)較多，一般要求就地能顯示打印存儲(chǔ)。在這種情況下應(yīng)采用應(yīng)答式體制，這時(shí)設(shè)備配置較多，耗電量較大，對(duì)電源要求較高。

(2)對(duì)于單一水情參數(shù)遙測(cè)站，如水位站、雨量站等可以采用無(wú)人值守的自報(bào)式測(cè)站，可以利用太陽(yáng)能電池進(jìn)行供電，采用這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于耗電量少，并且簡(jiǎn)化了整個(gè)測(cè)站的設(shè)備配置。

（3）無(wú)線水情遙測(cè)儀是由收發(fā)信裝置、接口、modem（調(diào)制解調(diào)器）以及微電腦芯片組裝在一起的。

2.3中繼站

在遙測(cè)站與中心站之間，中繼站起著樞紐的作用。這是因?yàn)樵诮ㄔO(shè)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)時(shí)，往往會(huì)選擇丘陵或者山區(qū)等特殊的地帶，然而這樣就給遙測(cè)站和中心站帶來(lái)了干擾，因?yàn)榍鹆旰蜕絽^(qū)中有著很多不可避免的阻擋物存在，像樹(shù)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(cè)試的要求。在這樣的情況下，中繼站的優(yōu)勢(shì)就凸顯了出來(lái)，它起著接受并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的作用，使得信號(hào)不至于衰弱。在中繼站中，存在著天饋線、中繼機(jī)和雙工電臺(tái)等主要部件，其能量主要是靠太陽(yáng)能電池板和蓄電池來(lái)維持續(xù)航。

2.4水文自動(dòng)測(cè)報(bào)

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)通過(guò)對(duì)水情數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)處理、自動(dòng)預(yù)報(bào)，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)完成了其主要的任務(wù)。它需要有較高質(zhì)量的通信電路設(shè)計(jì)方法，從而有效克服工作地理環(huán)境差的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)家無(wú)線電管理委員會(huì)規(guī)定，電路的工作頻率和工作方式要結(jié)合系統(tǒng)工作地點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，從而使水情測(cè)報(bào)整個(gè)系統(tǒng)組網(wǎng)達(dá)到最優(yōu)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(tǒng)暢通率不小于百分之十。

3 實(shí)例分析—以陡河水庫(kù)為例

陡河水庫(kù)位于陡河上游，在唐山市市區(qū)東北15km，是一座以防洪為主，兼供唐山市市區(qū)工業(yè)和生活用水及庫(kù)區(qū)周邊和下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(diào)節(jié)水庫(kù)。水庫(kù)興建于1955年，建成于1956并投入運(yùn)行，歷經(jīng)1969～1971年續(xù)建，1976～1977年震后修復(fù)，1988～1989年提高保壩標(biāo)準(zhǔn)工程建設(shè)，到1990年全部完工，達(dá)到千年一遇設(shè)計(jì)，萬(wàn)年一遇校核的防洪標(biāo)準(zhǔn)。陡河水庫(kù)是年調(diào)節(jié)水庫(kù)，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(shè)計(jì)洪水位40.3米，校核洪水位43.4米，總庫(kù)容5.152億m3，其中調(diào)水庫(kù)容4.414億m3，興利庫(kù)容0.684億m3，在實(shí)際運(yùn)用中，為保陡河電廠供水要求，水庫(kù)水位不低于30.0m，實(shí)際上水庫(kù)興利庫(kù)容僅為0.557億m3，控制流域面積530km2。是唐山市的頭頂庫(kù)，運(yùn)行原則是在保證水庫(kù)工程安全的前提下確保唐山市區(qū)防洪和用水安全。

建設(shè)陡河水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)及防洪調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的總體目標(biāo)是：建設(shè)高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的水利信息網(wǎng)絡(luò)；建成高效、可靠、先進(jìn)、實(shí)用的水情信息采集系統(tǒng)，全面、快速、準(zhǔn)確、及時(shí)地為各級(jí)防汛部門(mén)提供信息服務(wù)；建成動(dòng)態(tài)的圖像傳輸系統(tǒng)，建設(shè)和完善各市縣河道管理局所的防汛通信系統(tǒng)；建成一個(gè)具有先進(jìn)性的調(diào)度決策系統(tǒng)以及優(yōu)異的水情信息管理系統(tǒng)。陡河防訊系統(tǒng)在一定程度上不僅能完成對(duì)水情資料的收集、水文的考察，適時(shí)為省防辦及各市提供防汛調(diào)度的決策依據(jù)；實(shí)現(xiàn)全流域的信息資源共享。整個(gè)陡河防汛調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)分期實(shí)施，近期主要完成對(duì)陡河干流水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)工作。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于唐山市防訊指揮系統(tǒng)整體方案，在唐山市防汛辦的防洪調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，與陡河流域的防洪需求相結(jié)合，再進(jìn)行最后的確定。具體系統(tǒng)設(shè)置見(jiàn)圖1。

圖1 陡河水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1. YANG Gongpu; LIN Xiang，SQL Server Database Automatic Backup in Automatic Hydrological Data Acquisition and Transmission System[J] Hydropower Automation and Dam Monitoring, 2011(04)

2. 裴哲義. 水電廠水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)和電網(wǎng)水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展回顧與展望[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè), 2005, 29(3).

3. 張新有, 許登元, 李成忠. 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2005, 41(10): 207-211.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.008

TV124

B

1672-2469（2014）03-0021-03

賈瑞紅（1970年—），女，教授級(jí)高級(jí)工程師。