水情自动测报系统在水利工程中的应用研究

贾瑞红

水情自动测报系统在水利工程中的应用研究

贾瑞红

（唐山市陡河水库管理处 河北唐山 063021）

水情信息对于洪水预报以及调控有着非常显著的作用，因而建立水情自动测报系统刻不容缓。本文从水情测报系统的主要任务出发，详细叙述了水情测报系统中关键部位，最后以陡河水库为实例进行了实例分析。

水情自动测报系统 水利工程 陡河水库

水情信息是洪水预报调度工作中数量大、实时性强，并且国家有严格报送制度的基础信息，是预报调度工程运行管理等决策的主要依据。随着现代通信技术、微电子技术、现代传感技术、计算机及其网络技术、卫星技术等的迅速发展，我国水情自动测报系统已走向成熟，但远未普及，仍需大力推广。目前，陡河水库的水情测报系统主要为超短波系统，具体介绍如下：

1 水情测报系统的主要任务分析

建立水情自动测报系统的目的是防洪、兴利和水利调度，其任务是实时收集流域内（或者说目标区域内）的各类水情信息，经过处理后适时作出水情预报（如洪水预报、旱情预报、洪灾预报），争取预见期，最大限度地减少以至避免洪水、旱灾造成的损失。最大限度地发挥工程效益，如优化输配水方案，确保水利工程安全，提高水的利用率，在一定条件下，可多蓄水、多发电等。水情自动测报系统按功能可以分为三大部分：即数据采集、数据传输和数据处理。数据采集装置一般采用具有A/D转换接口的传感器，一些情况下该装置还兼备显示、存数以及打印的功能，我们将这些采集装置称为非电量电测。数据传输主要是有传输的控制装置以及信道两方面组成的。信道也是由传输介质和信道机组成。传输控制装置是对信号进行采集控制、传输控制以及发送控制，它还可接受遥控指令执行命令。数据处理是在中心站由计算机完成的，这里的处理计算机一般有两台，分别为主机和前置机，负责数据收集、预处理等工作，并且还可以按照数据收集目的做出相应处理。实际使用中可以用作水库防洪发电调度、灌区输配水优化以及实时洪水预报等。

2 水情测报系统的组成8

水情自动测报系统的组成包括一个中心站、多个各类遥测站、若干个中继站。中心站的主要功能就是对数据进行收集和处理，测站的主要工作就是对信息进行收集并进行编码和发送。中心站和测站的结构是由系统的规模和作用决定的，不同的系统功能要求选择的中心站和测站结构也不尽相同。

2.1中心站

中心站的主要组成部分有主机、前置处理机、收发信设备、外围设备以及电源等。进行中心站建设时应当注重以下几点：

（1）选用低功耗高可靠性的工业控制机（如单片机）作为前置处理机，负责接收和存储数据并对数据进行适当的预处理，目的在于减轻主机负担和提高系统可靠性。主机的选用原则是选用高档微机，这样的选择能够确保本系统数据处理完成的同时保证其他任务也能同时进行。

（2）中心站使用的电源应配备蓄电池组，在条件允许的情况下还应当配备备用发电机，确保前置处理机正常运行。

2.2测站

测站主要由传感器、收发信设备、无线水情遥测仪、电源等组成。根据测站的重要性和要求的不同及所选用的体制不同，其设备配置是不同的。

(1)遥测站若设在某一管理单位或原水文站，此时要检测的水情参数较多，一般要求就地能显示打印存储。在这种情况下应采用应答式体制，这时设备配置较多，耗电量较大，对电源要求较高。

(2)对于单一水情参数遥测站，如水位站、雨量站等可以采用无人值守的自报式测站，可以利用太阳能电池进行供电，采用这种方式的优点在于耗电量少，并且简化了整个测站的设备配置。

（3）无线水情遥测仪是由收发信装置、接口、modem（调制解调器）以及微电脑芯片组装在一起的。

2.3中继站

在遥测站与中心站之间，中继站起着枢纽的作用。这是因为在建设水情自动测报系统时，往往会选择丘陵或者山区等特殊的地带，然而这样就给遥测站和中心站带来了干扰，因为丘陵和山区中有着很多不可避免的阻挡物存在，像树林、山等，使得通信线路中的有效传输大大降低，从而不能满足测试的要求。在这样的情况下，中继站的优势就凸显了出来，它起着接受并转发信号的作用，使得信号不至于衰弱。在中继站中，存在着天馈线、中继机和双工电台等主要部件，其能量主要是靠太阳能电池板和蓄电池来维持续航。

2.4水文自动测报

水文自动测报通过对水情数据自动采集、自动处理、自动预报，水情自动测报系统完成了其主要的任务。它需要有较高质量的通信电路设计方法，从而有效克服工作地理环境差的问题。根据国家无线电管理委员会规定，电路的工作频率和工作方式要结合系统工作地点，来进行电路设计，从而使水情测报整个系统组网达到最优化。还需要合适的电路信道，首先信道传输误码率不得高于10-4，其次超短波信道和系统畅通率不小于百分之十。

3 实例分析—以陡河水库为例

陡河水库位于陡河上游，在唐山市市区东北15km，是一座以防洪为主，兼供唐山市市区工业和生活用水及库区周边和下游工农业生产用水等综合利用的大型水利枢纽工程；引滦入唐工程修建后，又是引滦入唐终端调节水库。水库兴建于1955年，建成于1956并投入运行，历经1969～1971年续建，1976～1977年震后修复，1988～1989年提高保坝标准工程建设，到1990年全部完工，达到千年一遇设计，万年一遇校核的防洪标准。陡河水库是年调节水库，死水位28米（大沽高程，下同），汛限水位34米，正常蓄水位34米，设计洪水位40.3米，校核洪水位43.4米，总库容5.152亿m3，其中调水库容4.414亿m3，兴利库容0.684亿m3，在实际运用中，为保陡河电厂供水要求，水库水位不低于30.0m，实际上水库兴利库容仅为0.557亿m3，控制流域面积530km2。是唐山市的头顶库，运行原则是在保证水库工程安全的前提下确保唐山市区防洪和用水安全。

建设陡河水库水情自动测报及防洪调度自动化系统的总体目标是：建设高质量、高标准的水利信息网络；建成高效、可靠、先进、实用的水情信息采集系统，全面、快速、准确、及时地为各级防汛部门提供信息服务；建成动态的图像传输系统，建设和完善各市县河道管理局所的防汛通信系统；建成一个具有先进性的调度决策系统以及优异的水情信息管理系统。陡河防讯系统在一定程度上不仅能完成对水情资料的收集、水文的考察，适时为省防办及各市提供防汛调度的决策依据；实现全流域的信息资源共享。整个陡河防汛调度自动化系统建设分期实施，近期主要完成对陡河干流水情自动测报系统的建设工作。本系统设计是基于唐山市防讯指挥系统整体方案，在唐山市防汛办的防洪调度自动化系统的基础上，与陡河流域的防洪需求相结合，再进行最后的确定。具体系统设置见图1。

图1 陡河水库水情自动测报系统结构图

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.03.008

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1672-2469（2014）03-0021-03

贾瑞红（1970年—），女，教授级高级工程师。