水情自動測報系統的研究與應用

黃鐘云

摘 要：我國是洪澇災害十分嚴重的國家，幅員遼闊的土地又承載著十四億人口，所以，加強水情測報工作，研發和利用先進的水情測報系統，提高防汛工作質量和效率具有重要的現實意義。我國十分重視水情測報系統的研究與應用，文章將簡要分析。

關鍵詞：水情測報系統；研究應用；發展概況；站網布設

中圖分類號：P338 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0167-02

Abstract： China is a country with very serious flood and waterlogging disasters， and its vast land is carrying a population of 1.4 billion. Therefore， it is necessary to strengthen the work of hydrological monitoring and reporting， and to develop and utilize advanced hydrological monitoring and reporting systems. It is of great practical significance to improve the quality and efficiency of flood control work. Our country attaches great importance to the research and application of hydrologic monitoring and reporting system， thus this paper will make a brief analysis of it.

Keywords： hydrologic monitoring and reporting system； research and application； general situation of development； layout of station network

1 水情自動測報系統對水電站運行的有利影響

水情測系統，是一項高度融合了水文、遙感、電子、通信、傳感器、計算機等多種學科為一體的新興技術手段，用于水文信息實時采集、傳送和處理，可以及時的為水情測量和預報、水資源合理調配和利用、防洪調度工作等發揮重要作用，是一項利國利民的重要技術。我國的很多水電站也建設安裝了水情自動測報系統，形成了電網管理和水資源調配相結合的電網水調自動化系統，可以實現電網、水電廠水情數據的自動采集、監控、分析處理，為整個區域的水、火、電優化調度，和區域內的水庫、河流等水資源的調配使用提供了有效的參考，并且為水電廠的發電、防洪渡汛提供及時準確的信息，利于防汛，可見，水電站中水情自動測報系統的運用，是提高水電站綜合運行效果、增強管理效率、保障電網安全，提高防汛工作質量重要手段，極大的提高了水電站的經濟效益和社會效益。水情測報系統是一個非土建工程性的防洪工程，建設周期短，成本投入不高，效果明顯，我國應深化研究，積極建設和推廣運用。

2 我國水情測報系統的發展概況和發展方向

我國于上世紀七十年代中期開始在一些水庫實驗應用，建成一些初級性的水情測報系統，經過十年發展，八十年代中期建成了不少具有本國特色的水情測報系統，并且確立了自己的技術基礎。1983年，我國開始研發黃龍灘水情遙測和洪水預報、防洪調度自動化系統，系統于1986年正式投入使用，并成為國產化正規系統，對以后我國國產水情測報系統的研究開發與應用產生了重要的影響。九十年代，我國的水情測報技術進入了高速發展時期，天生橋、沿灘、五強溪書店廠等建成和投入使用了大型的水情側報系統，近年來，得益于遙感技術、無線通信技術在水情測報工作上的迅速發展和應用，我國水情測報系統發展十分迅速并不斷完善，未來我國的水情自動測報系統，將向更加智能化、自動化、高精度化發展，衛星遙感、雷達測雨、GPS技術將更加融合的運用于系統，以提高測報的精度和速度，水情測報的相關技術將更加專業化、商品化，以推進技術的大范圍推廣和應用，將研發更加經濟可靠的水情采集傳感器，完善和解決水情測報系統間的聯網問題，并加強水情測報系統整體開發的綜合化管理，提高系統運行和維護的經濟性，促進水情測報系統的長期運用和推廣。

3 水情自動測報系統的站網布設

水情自動測報系統的站網布設應全面、及時、實時的反映流域內的雨、水情的變化，滿足洪水預報調度的需求，利于通信組網，便于系統的管理、運行和維護，與防汛站網積極配合，共同促進防汛工作的進行和水資源的調配利用。水情自動測報系統的站網，應在充分研究江河流域的基本情況、水文、水位站的控制面積、河流的長度、水庫的面積、會留時間、各水文、水位站之間的基本情況、信息的傳播時間等，結合水站的功能、特點進行水情自動測報系統的規劃布局和建設，比如在水庫壩上、壩下、庫區、入庫處建立水情自動測報站，建立主河道控制站等。

水量站點的設置十分重要。水位、水溫、水流速、降雨量、水流量蒸發量等重要的水文參數，雨量站點的布設對相關參數的采集和計算的速度和精度十分重要。當前，雨量站點布設主要采用抽站法作面雨量的對比分析，采用AIP模型計算洪峰流量的誤差分析，以進行合理的站網布設規劃。據統計，我國的站網密度一般為在（250～600）km2/站，密度隨控制流域面積的大小而相應增減。

4 水情自動測報系統的硬件選型

水情自動測報系統的測報主要是遙測實現的，遙測站主要是雨量站和水位站，分別用于反映流域內的雨晴時空變化和水位變化過程的，所以，水情自動測報站網系統主要是由雨量站、水位站、水文站、中心站構成的，各個部分聯合，形成一個信息采集通信網，一個水情自動測報系統至少要有一個中心站和若干個遙測站組成。其基本的運行路徑就是：系統硬件安裝調試完成——遙測站開始進行工作，遙測雨情數據的采集、分析雨整理——利用得到的雨情數據進行水情預報，比如防汛預警——利用接收到的預報信息指導各方調度開展相關工作。所以，遙測站的建設是重中之重。完整的遙測站由雨量傳感器、數傳儀、感應式數字傳感器、太陽能電池板、蓄電池組、衛星終端及天線等基本硬件組成。中心站大多采用局域網系統、自報制制式，硬件部分主要由前置機、工作站、服務器組成。前置機將接收、處理的數據共享給工作站進行水情預報，服務器用于數據的管理和存儲。

5 水情自動測報系統的通信方式選擇

水情自動測報系統大多建于交通不便、地理氣候環境較為惡劣的地方，且站點很多，為了提高信息傳輸的質量，大多采用無線通信傳輸。早期采用的是較低無線電頻段（30～100MzH）的模擬信號通信，后來采用較高頻段（100～400MHz）數據通信方式，屬于VHF/UHF超短波段范圍。目前，我國的水情自動測報系統絕大部分采用超短波無線數據傳播的，并且通過合理的建設中繼站，組成一定的超短波通信網進行傳輸，提高遙測信息的收集、傳輸速度和質量。國外有些國家公用電話網絡發達，常采用有線通信，美國是唯一一個利用流星余跡進行水情數據傳輸的國家。我國的某些行政單位已經能實現利用地面微波通信，水情通信在這方面正在抓緊研究。

我國的超短波通信中，為了提高通信質量建設了很多中繼站，中繼站用于識別和接收遙測信號，通過模擬或再生轉發，可根據數據類型、形式、中繼方式等進行多種方式的中繼站設計，能顯示數據，具有自檢、欠壓、故障預警功能。超短波通信的制式主要有應答式和自報式，我國水情自動測報系統主要采用的自報式。水情自動測報系統的中樞——中心站的相關功能和工作原理跟中繼站十分類似，在數據交換、實時監測方面發揮著重要作用。

6 水情自動測報系統的軟件系統

水情自動測報系統的軟件系統是整個系統的重要組成部分，軟件系統主要由5個子系統組成：總數據庫及數據庫管理子系統、雨水情信息采集子系統、洪水預報子系統、調度子系統、信息查詢子系統。雨水情信息采集子系統，顧名思義主要是雨水情信息的自動采集和規范寫入及相關的數據管理，是整個管理系統的基礎；洪水預報子系統根據雨水情信息采集系統采集到的雨量、水量、水位、蒸發量、水流速、水流量等信息，對未來的洪水量、洪峰產生時間進行預測，與氣象站相連，分析和預測未來的晴雨變化，發出警報，便于雨情調度子系統發生作用，對洪水進行人工預防和干預；查詢系統可以對系統內的相關數據進行查詢。

水情分析中，制作水文模型十分重要。水文模型主要通過數學模型制作，根據描述水文現象基本規律或隨機規律，水文模型分為確定型模型和隨機型模型。以流域為對象的屬確定型，以流域水文模型，輸入降雨量和蒸發量，輸出斷面流量，通過數學模型對降雨徑流的水文過程進行數學模擬，實現雨水情分析。流域水文模型包含模型結構和模型參數。

目前我國水情自動測報系統采用的預報方法為降雨徑流預報法，在模型的制作中，受實際流域降雨的變化影響，模型要經常進行修正，減少誤差。

洪水調度子系統，是根據前面幾個環節分析的結果進行洪水相關干預的，調度時，要特別注意庫區淹沒點的水情、水庫、壩下防洪關鍵點、庫區周邊社會經濟情況，根據綜合評估、分析，做出科學、全面的綜合防洪預案。調度系統是一個動態的過程，可通過制作調度模型進行決策參考，直觀掌握和控制調度的綜合情況和調度過程，提高決策的及時性、科學性。

7 結束語

我國是洪澇災害多發國家，并且地域廣闊，人口分布區域較多，加強防洪防汛工作是保障人民生命財產安全的大事。水情自動測報系統是現代化的先進系統，融合多項技術應用于水情的采集、預警、管理、調度等，對促進防汛工作具有重大意義。文章簡要梳理了我國水情自動測報系統的發展概況及發展方向，探討了水情自動測報系統的站網布設、主要硬件設施、軟件設施、通信方式等，為全面的推廣研究應用水情自動測報系統提供了有益的參考和啟示，文章的研究具有一定價值和意義。

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