水文自動監測及在寶泉水庫中的應用

□閆海波（河南省新鄉水文水資源勘測局）

l水文自動監測

我國對水文自動測報系統進行研究開始于20世紀70年代中期，隨著傳感器與無線數據傳輸技術地不斷提升以及水文資料的大量積累，水文自動監測技術開始廣泛應用于水庫雨量、水位、流量、泥沙等測驗項目。水文自動監測通常是指利用計算機和網絡技術、通信技術、遙測技術等現代科技手段對江河流域以及水庫等測區內的水文信息進行自動采集、自動存儲、自動傳輸；為水庫防洪調度和水資源合理利用提供了重要決策依據。

2 水文自動監測的特點

水庫往往承擔著防洪、調度或灌溉供水等關系到民生的重要任務，因此，對應用于水庫的水文自動監測系統的精度和預見期要求較高。水文自動監測主要特點有標準性、及時性、傳統性以及隨機性。具體見表1。

表1 水文自動監測特點表

3 寶泉水庫概況

寶泉水庫位于新鄉輝縣市薄壁鎮西北部,原有工程是1973年開工興建，到目前共施工3次。一期工程從1974年4月至1976年10月。建成壩高50～51 m，溢流壩砌筑高程211 m，擋水壩212 m，建成導流底孔和一級輸水洞，庫容910萬m3。二期工程從1989年10月至1994年4月，建成了中型水庫，在原來基礎上加高，增加二級輸水洞，壩高91.10 m，高程252.10 m，壩頂長度397.50 m，壩頂寬5.00 m。溢洪道采用開場式溢流堰，凈寬109.00 m，堰頂高程244.00 m。水庫正常蓄水位244.00 m，死水位196.50 m，總庫容0.45億m3，興利庫容0.31億m3。水庫防洪標準按50年一遇洪水設計，500年一遇洪水校核，設計洪水位248.98 m，校核洪水位252.11 m。三期工程從2003年到2007年12月。水庫防洪標準按100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核，設計洪水位265.77 m，校核洪水位268.11 m。壩高107.50 m，高程268.50 m，壩頂長度508.30 m，壩頂平均寬10.00 m。溢洪道采用開場式溢流堰，凈寬109.00 m，堰頂高程257.45 m。上面加有3.00 m高橡皮壩。水庫正常蓄水位257.45 m，死水位220.00 m，總庫容0.67億m3，興利庫容0.50億m3。

4 水文自動監測在寶泉水庫的應用

4.1 水文自動監測報系統設置原則

寶泉水庫大壩水文自動監測系統是集水庫，計算機、自動化、通信技術、監測儀器、測量控制裝置于一體的系統工程。

本工程自動監測系統的實施遵循的基本原則是：第一，滿足水庫今后長期安全運行需要的一套完善的安全監測體系；第二，及時準確地反映水庫運行情況，要具有高度自動化的測報系統；第三，監測儀器要選擇可靠的、能實現自動監測的；第四，滿足觀測需要，測點布置要堅持少而精。

4.2 水文自動監測系統

寶泉水庫水文自動監測系統要具備信息采集、信息傳輸、信息處理的功能，由三部分組成，包括：監測中心站(含信息管理)、現場數據采集網絡、傳輸介質。由監測中心站采集信息，再通過一定的傳輸介質進行信息傳輸。

4.2.1 監測站

為達到經濟實用、維護方便、安全可靠的要求，寶泉水庫自動測報系統的監測站要根據寶泉水庫的使用條件布設相關水位站、流量站以及雨量站等監測設備。監測站這些監測設備要根據《水文站網規劃》以及洪水預報調度要求進行布設。目前雨量監測站一般采用翻斗式雨量計，分辨力通常選擇0.50～1.00 mm；由于寶泉水庫是以防洪為注，兼顧灌溉等功能，因此雨量監測站分辨力可以采用0.50 mm。

4.2.2 數據采集網絡

數據自動采集系統的關鍵設備是MCU。該裝置采用完全模塊化結構，多CPU并行運行。在寶泉水庫+000 m、l+600 m處各設1個MCU。各測控單元(MCU)通過超短波電臺與監控主創頗訊，從而形成寶泉水庫大壩自動監測網絡。

其中采集層是指負責收集、存儲、管理數據的軟件集合。通過約定采集層和分中心監測站的數據傳輸，以及軟件規則可以在一定程度上解決不同RTU的信息采集傳輸問題，如圖1所示。

圖1 基于標準數據傳輸約定的采集層框架圖

4.2.3 信息傳輸方式

水文自動監測系統的信息傳輸方式非常復雜，監測站通常情況下采取無人值守的方式運行，以無線或者有線方式與分中心監控機交換數據，分中心站主要負責對本轄區內水文信息進行接收、處理、上報和分發，并通過光纖鏈路將數據傳入中心站。

5 結語

綜上所述，水文自動監測技術及在寶泉水庫的應用，使決策機構實時了解水庫的水文信息，對水資源合理利用和分配提供了可靠的依據；正是由于水文信息及時準確掌握，減少了調水損失，爭取調度時間，降低了防洪風險度。相信隨著社會的不斷進步,科技信息化的迅猛發展,水文自動監測技術將會更廣泛應用在防汛和水利調度中。

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