渔洞水库水情监测系统的升级改造

孙虹琳

(云南昭通渔洞水库管理局 657000)

渔洞水库水情监测系统的升级改造

孙虹琳

(云南昭通渔洞水库管理局 657000)

水情监测系统是水库运行管理、防洪调度的基础。从安全的角度出发，许多水库都进行了水情监测系统的升级改造，本文以渔洞水库水情监测系统的升级改造为例进行探讨。

水情监测系统 升级改造 遥测终端 GPRS SMS

1 概述

水情监测系统是水库运行管理、防洪调度的基础，该系统通过数据采集、传输、存储及处理等方式来完成对监测区域内的雨量、水位等水情信息的实时数据采集处理。通过对采集数据的分析处理，可以有效预防洪水灾害、合理利用水资源，带来较大的社会效益和经济效益。水情监测系统的基本构成元素是远程数据采集和实时监控。以前由人工采集、电话报数的方式存在收集信息数量少、传递处理慢等弊端;后来的自动无线传输有了很大的改善，但运行维护成本大，存在系统不稳定的情况。随着通讯技术和计算机技术的迅速发展，水情监测系统中的这些重要环节都有了更好的解决途径，使地理环境等因素带来的影响已达到可忽略的程度。近年来随着各种自然灾害的频繁发生，以及国家对水利工程的投资不断增加，许多水库从安全的角度出发，都进行了水情监测系统的升级改造。下面以渔洞水库水情监测系统的升级改造为例进行探讨，以资和同行进行交流学习。

2 工程系统概况

2.1 工程系统概况

渔洞水库枢纽工程是一座以农业灌溉为主，满足城镇生活用水，结合发电、下游梯级电站补水及防洪等综合利用的大(2)型水利骨干工程。水库总库容为3.64亿m3，坝址以上控制流域面积709km2。水库的水情监测系统从建成至今已有10多年的历史，该系统由1个中心站、1个中继站和8个遥测站组成，应用传感器、超短波通讯、遥测遥控技术和计算机实现水雨情信息自动数据采集、传输、处理入库等。各遥测站的设备由遥测数传仪、电台、天线、馈线、蓄电池、太阳能电池以及水位计、雨量计、避雷器等组成。

2.2 水情监测系统存在问题

2.2.1 遥测站问题

a．各测站故障率上升，维护量增加，并且备品配件厂家均不再生产，造成部分站点失效，影响系统的正常运行。

b．有少量遥测站点会发生雷击。

c．中继站出现故障时，除坝上外其他数据都接收不了。

2.2.2 信息处理系统问题

坝上雨量报数在发生闪电或开灯时会出现增加的情况。

3 改造方案的确定

根据存在问题，从以下几方面对项目进行考虑和选择。

3.1 通讯方式

通讯方式的选择决定了其他一些功能的选择，因此首先要进行比较。在通讯方式上有两种不同形式：ⓐ超短波通讯;ⓑ利用移动通讯网络进行通讯。通过比较，决定采用移动通讯网络来实现信息传输。理由如下：

a．传输速度快，安全稳定性高，费用低廉。

b．现场设备减少，出故障环节也减少。

c．不用再考虑防雷问题，减少了装设接地线、避雷器、避雷针及对这些设备除锈防锈等维护工作。

d．可以不再设中继站，精简了系统构成。

e．在参数设置上可以实现不到现场、用手机进行设置的方式。

移动通讯网络系统现在普及使用中的有三种：3G、CDMA、GSM。3G系统处于推广使用期，在费用上与CDMA、GSM相比高一些，从经济适用性上考虑，不予选择;CDMA在该地区组网覆盖面上较GSM小，且在偏僻地方还有未装设机站，比较后选择GSM网络系统。GSM网络中包含有GPRS业务和SMS业务，GPRS是一种基于GSM网络的通用分组无线业务，其通信信道是共享的，仅在有数据包传输的时候才产生流量;SMS业务即GSM手机短信业务。在GPRS业务上，移动公司推出的流量包月套餐费用相当低廉，完全满足小流量、低频度的水情采集系统使用要求。SMS具有覆盖面广、在线保持、自动传送、稳定性高等优点，也完全满足使用要求。但SMS按短信的条数来计费，以140字节为每条短信的最大长度，与GPRS包流量比较，在枯水时期费用不算太高，但在汛期就有很大提高，所以选择使用GPRS信道传输方式。整个水情监测系统的组成见图1。

图1 GPRS通讯传输方式水情监测系统

在一切设备都准备好，等待GPRS模块调试时，发现了一个问题：我们的宽带网络因使用的是乡上的交换设备，条件没有城市里的好，掉线的几率很大，发生数据丢失的几率也就相应增大。若要数据不丢失，就需要一个固定的IP地址，使数据得以保存。而开通一个固定IP地址价格不菲，分配到水库所需要的测站数上，价格太高。因此使用GPRS通讯方式的方案不可行。经和合作单位研讨，一个解决方案：即GPRS通讯和SMS通讯都使用，把SMS作为GPRS的备用使用。宽带掉线的时候，自动改为SMS通讯方式。这样就可以保证数据不会在传输时发生丢失了。只是费用有所提高，多了一个转换环节。经考虑，最后改为用GSM手机短信方式。相应水情监测系统的组成见图2。

图2 GSM通讯传输方式水情监测系统

3.2 遥测站

遥测站由遥测数传仪、通讯系统、电源以及水位计、雨量计、避雷器等组成。遥测数传仪是遥测站的心脏，它要满足水情信息的自动采集、收集功能。在选择了通讯方式的基础上，我们选择的遥测终端机既可以在现场设置各种参数和显示各种参数，也可通过手机进行设置各种参数，既适合无人值守的水位雨量站使用，也适合有洪水预报任务的水位雨量站使用。采用大容量非易失存储模块，可存储水位或雨量数据，单参数可存储900天，能长期反复使用。遥测终端内还装设了一个手机卡，满足SMS短消息的发送。整个遥测终端和蓄电池安装在一个防锈防水的柜子里，通过穿线孔与外部的雨量计、水位计以及太阳能电池板连接，就形成了一个完整的遥测站。

3.3 信息系统

坝上的雨量报数，在原水情系统中经常发生闪电或开灯时就报来雨量的情况。这个雨量筒就安装在信息分中心楼顶，电台放在分中心室内。为解决这个问题，进行过多种尝试：例如改变雨量筒的位置、移动电台位置等，可是都没有杜绝这种现象的发生。在这次改造中，在连接线上我们全部使用屏蔽性能更好的电缆，希望能消除这种现象。

4 改造的实施

SMS模块调试完成后，对各个测站进行了升级改造。安装很方便，基本是在现场打眼固定就可以了。只有一个很偏僻的地方信号不太好，在各接头处保证接触良好，降低损耗，也不影响正常使用。经调试安装后，整个水情监测系统运行效果良好。坝上的雨量报数在开灯时没有再出现来报情况，因季节原因，还没有碰到过闪电。不知是因为屏蔽电缆的作用还是通讯方式的改变解决了这个问题，这个问题有待专业人士进一步去研究。但有一个值得注意的问题是：在与移动公司接洽时一定要保证不出现欠费停机的情况，否则数据又要丢失了，虽然很简单，但很重要。

5 心得体会

经过此次水情系统的升级改造，深深感受到了科技发展推动生产力发展的真理所在。有了新技术的支持，我国水利系统的数字化一定可以实现。但目前水库存在多种体制，对于收支两条线、走事业单位体制的水库来说，水库的改造费用完全由当地政府解决，在经济落后地区，政府的财力有限，资金很难落实。在国家下决心加大水利投资的情况下，各省水利部门是否也可以根据不同地方的经济情况对重要水库的配套设施升级改造倾斜一些资金呢?毕竟许多水库都是当地的生命线，水库的安全有保障了，当地的社会、经济也才能安全发展。