水情测报系统在观音阁水库的应用研究

陈强

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁 本溪 117110）

1 概述

水情测报自动化系统是水库防洪与兴利实现科学运用的前提。观音阁水库水情测报系统做为辽宁省中部地区防汛自动化系统的重要组成部分，它肩负着辽宁省太子河流域上游观音阁水库控制流域范围的雨情，水情情报收集、传输及处理任务，该系统应用好坏直接影响着辽宁中部地区的防汛大局。观音阁水库总库容21.68亿m3，控制流域面积2795km2，全流域均为山区，河道比降达3.5‰，且暴雨时空分布极为集中，这就造成流域具有产流量大，汇流快的特性，原有的人工报汛网在数据与处理方面均无法满足观音阁水库实时调度要求，为了及时掌握水情情报，通过近些年的日益完善，观音阁水情测报系统以其数据采集准确，传输历时快，处理精度高的优势，为观音阁水库实时水情调度控制运用提供了科学依据。目前该系统应用在国内领先水平。

2 系统组成

观音阁水情测报系统由分中心站、中继站、测站、无线通信传输方式组成。

2.1 系统构成

系统由一个分中心站、一个中继站、一个坝上水位站、一个坝下水位站、二个闸位站、库区北支四个雨量站（清河城、苇子峪、平顶山、杜家店）、库区南支三个雨量站（南甸、南孤山、羊胡子沟）、一个观音阁雨量站构成。

2.2 通信方式

系统采用自报式工作体制并兼有通话功能，主信道采用230MHZ超短波信号传输为主，备用信道采用移动GPRS通信为辅。此种主备互换的传输方式特点，决定了系统实际工作中产生的稳定效果，在“05813”大洪水期恶劣的气候条件下得到了验证，数据完整，收效显著。

2.3 测站及中心构成

测站由采集传感器、终端机、电台、天馈系统、太阳能电池组成，分中心服务器由WINDOWS2003操作系统、系统应用软件、SQL数据库、接收机、搭载网络组成，通过局域网、广域网自动向本局各工作站和省中心进行数据传送，目前已经实现了水雨情数据资源共享。

3 发展应用

水情测报系统做为观音阁水库工程运用和控制决策的“耳目”，极其关键。它的发展提高，目的就是要增强观音阁水库水情实时监控管理能力，提高水库水事信息处理效率，实现科学调度现代化。观音阁水情测报系统从无到有，通过不间断地探索发展，在这漫长的十余年间，先后与河海大学、中国科学院沈阳自动化研究所、南京水利水文自动化所合作应用实际。运用各个时期新技术，对测报系统软、硬件产品设备不断升级完善，实现了准确数据的采集、实时传输数据的稳定，取得了阶段性的成绩，板卡上，从晶体管到大规模集成电路的应用，设备上，从LH3300系列遥测终端到YDH-1A型遥测终端的应用。管理上，从独立的数据接收模式到网络化数据的整合与远程调用，应用软件上，从单机版到网络版的应用，操作上，通过网络数据库输入地址即可轻松获取柱状图、过程线、日报表、月报表、年报表等实时数据，一目了然，新功能模块进一步的补充完备，系统每一部分的实际应用，无不彰显了观音阁水库水情管理现代化“质”的飞跃发展。

3.1 坝上水位井防冻处理

坝上水位站位于大坝挡水面BL7#坝段处，采用浮子式WFH-2型细井水位计采集数据，水位产生变化时，主要依靠浮子牵动钢丝绳带动水位轮和轴角式机械编码器转动实时向中心站传送水位数据信息。由于北方冬季气候寒冷，水面封冻期间，浮子和重锤极易发生冰冻，直接影响到枯水期水位数据的正常观测采集，浮子一旦与水面产生冰冻，只能通过加热解冻，加上施工作业面位于冰面上，危险度高，为此，通过摸索实践，由于油的密度小于水的密度，根据45#变压器油具有凝固点低的特性，在每年封冻期前，采取向封闭的细井内灌注一定量的45#变压器油，保证了枯水期水位数据的连续观测采集。实际运行中测井未再出现结冻现象，收到了良好的效果，节约了由于施工产生的人员和材料的费用，提高了冬季水位计的作业能力。

3.2 中继设备改迁增效

观音阁水情测报系统内建8个雨量测站，其中7个雨量测站分布在库区的北部、东北部、东南部，距离中心站几十甚至上百公里，设立的中继站，主要负责完成距离较远的7个雨量测站雨情数据信息的接收与转发任务。由于观音阁水库控制流域面积内高山起伏，地形复杂，致使数据无线电通信信号传输质量较差，通过作图和站网规划，遂在中心站东南方向本溪县境内海拔高度1254米的韭才顶子峰设一级中继，东南方向抚顺新宾县内海拔高度750米的大顶子峰设二级中继，由于山高，电磁波传输未受到影响，数据传输效果良好。

在大量实际工作实践中，发现新问题，由于山高加上山路崎岖难行，一旦中继出现突发问题，仅登山一项维护工作就需历时4个多小时之久，算上车程，系统修复时间最短也需6小时之久，大大降低了系统的通畅率。经过自行总结和可行性研究，通过信道实地重新电测，选用本溪县八盘岭(本溪县广播电视中转站)建立备用中继站，该站具有1小时行车路程内即可直接到达山顶的优势。满足了在短时间内完成突发情形下系统抢修任务的需要，试运行期间传输效果稳定良好，系统可靠性强，达到了系统应用要求。为了弥补高山众多，降低电磁波衰减造成的影响，提升备用中继传输数据通信的稳定性，相应采取了一定措施。

3.2.1 增强发射机功率

在分布传输距离较远的7个雨量基站终端处，将原来230MHZ的5W无线电发射机功率增加至25W。

3.2.2 提高接收机灵敏度

在八盘岭备用中继站中继终端处，相应的接收机灵敏度10mV/m提高至6mV/m。

4 结论

观音阁水情测报系统自动化技术含量高，故障率低，养护工作效率高，在同行业系统应用创新中处于领先。无论测报技术将来如何发展，“稳定”二字始终是系统应用好坏的核心问题，自动化程度再高，系统工作状态不稳定造成数据传输中断，导致水雨情数据信息无法获取，如果那样，一切都是空谈。如何采取更为有效的措施，尽可能降低系统故障发生率，提高稳定性能，缩短维护时间，实现真正意义上的“自动化”，始终是水情测报系统发展的研究重点。其次，测报系统传输通信模式的选择是极为重要的，观音阁水情测报系统在“05813”大洪水期间，在移动基站受到损坏的情况下仍无雨情缺测现象发生，典型的优势在于主信道采用了独立的超短波传输模式，主信道、备用信道全部依托移动基站，例如GPRS专线、SMS短信，一旦移动基站受损，短时间无法恢复，系统中断也就不可避免。所以说，只有提高水情测报系统的稳定能力，加强数据实时精确性，才能提高水库的水情调度控制运用能力和防汛指挥决策水平，才能真正实现水库现代化管理的可持续发展。