水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在山美水庫(kù)中的應(yīng)用

程洪波

(泉州市山美水庫(kù)管理處，福建 泉州 362000)

山美水庫(kù)位于福建省晉江支流東溪中游，水庫(kù)壩址以上流域面積1 023 km2，多年平均徑流量14億m3，總庫(kù)容6.55億m3。山美水庫(kù)是灌溉、防洪、發(fā)電、供水等綜合利用水利樞紐工程，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇。水庫(kù)正常蓄水位為96.48 m，設(shè)計(jì)洪水位98.78 m，相應(yīng)洪峰流量4 020 m3/s，校核庫(kù)水位102.28 m，相應(yīng)洪峰流量14 000 m3/s。

1 系統(tǒng)組成及功能

1.1 系統(tǒng)組成

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)由2個(gè)中心站、2個(gè)中繼站、19個(gè)遙測(cè)站等組成，通信組網(wǎng)方案采用超短波和GSM混合組網(wǎng)，以超短波通信方式為主，手機(jī)短信(GSM)方式為輔;系統(tǒng)工作體制采用“自報(bào)式”工作體制，遙測(cè)站采用增量控制、定量發(fā)射工作方式，能自動(dòng)向中心站發(fā)送定時(shí)信號(hào)和工作電壓，具備無(wú)人值守工作的功能;水情信息采集分為雨量、水位、蒸發(fā)量采集3種方式。

1.2 中心站結(jié)構(gòu)及功能

中心站結(jié)構(gòu)如圖1所示，由通信設(shè)備(同軸避雷器、電臺(tái)、天線和饋線)、調(diào)制解調(diào)控制設(shè)備(中心控制儀)、前后臺(tái)計(jì)算機(jī)(水情工作站、服務(wù)器)、遠(yuǎn)程通信GSM Modem、打印機(jī)和供電設(shè)備(交流凈化電源、UPS、蓄電池組、直流穩(wěn)壓電源等)組成。中心站設(shè)備配置的水情工作站主要用于信息的接收、預(yù)處理(原始數(shù)據(jù)接收、統(tǒng)計(jì);圖形、表格顯示、輸出打印、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等等);數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于信息的存儲(chǔ)和共享，信息采取雙向處理方式接收。

中心站作為水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的中心，主要功能有:①能隨時(shí)接收系統(tǒng)內(nèi)水情遙測(cè)站發(fā)送數(shù)據(jù)，并能檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、分類(lèi)、存儲(chǔ)建立數(shù)據(jù)庫(kù)和形成水文統(tǒng)計(jì)報(bào)表，同時(shí)具有檢索、查詢等功能，中心站能實(shí)時(shí)顯示各遙測(cè)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。②對(duì)接收的數(shù)據(jù)和格式進(jìn)行合理性校驗(yàn)。③提供各類(lèi)表格、圖形、方案所用的數(shù)據(jù)。④對(duì)越限信息及全系統(tǒng)的主要設(shè)備故障均具有報(bào)警功能。具有水位、流量等越限報(bào)警功能，采用顏色、聲響等區(qū)分報(bào)警。⑤具有糾錯(cuò)、插補(bǔ)功能，同時(shí)可顯示水情遙測(cè)站的運(yùn)行狀態(tài)(顯示各野外站的電壓狀態(tài))，中心站具有圖示硬件檔案和軟件結(jié)構(gòu)等功能，如水情遙測(cè)報(bào)汛站、水情監(jiān)視轉(zhuǎn)發(fā)站、中心站的硬件配置圖和軟件配置圖。能存儲(chǔ)工程情況及歷史資料的各類(lèi)文件和圖表，中心站可顯示庫(kù)區(qū)水情圖，同時(shí)可圖表顯示水位過(guò)程線等。⑥原始數(shù)據(jù)永久性顯示窗，數(shù)據(jù)自動(dòng)備份，水情實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示等功能，能將實(shí)時(shí)水情信息和用水決策調(diào)度成果及時(shí)提供給有關(guān)部門(mén)。⑦可通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕監(jiān)視各遙測(cè)站、中繼站工作狀況。⑧可實(shí)現(xiàn)WEBGIS的發(fā)布與瀏覽。

1.3 中繼站結(jié)構(gòu)及功能

中繼站結(jié)構(gòu)如圖2所示，設(shè)備主要包括:中繼站終端設(shè)備(RTU)、天饋線、超短波無(wú)線電臺(tái)、無(wú)線調(diào)制解調(diào)器、太陽(yáng)能電池板、蓄電池、避雷器等。

中繼站主要功能:①自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)各遙測(cè)站水文數(shù)據(jù)，能對(duì)各遙測(cè)站站址信號(hào)和數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行判別、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)，有較強(qiáng)的抗干擾能力。②能與中心進(jìn)行雙向通信，接受中心管理，可遠(yuǎn)程診斷，接受中心指令，執(zhí)行工作切換動(dòng)作的應(yīng)答，能定時(shí)發(fā)送自檢信息。③支持休眠喚醒工作方式，使中繼功耗盡可能的降低，一但死機(jī)達(dá)到設(shè)定的時(shí)間，能自動(dòng)復(fù)位恢復(fù)工作。④發(fā)射前導(dǎo)時(shí)間可自主設(shè)定，突發(fā)擁擠數(shù)據(jù)序列排隊(duì)轉(zhuǎn)發(fā)。⑤防雷電保護(hù)電路保護(hù)信號(hào)端口，防止感應(yīng)雷擊感應(yīng)。

1.4 遙測(cè)站結(jié)構(gòu)及功能

遙測(cè)站結(jié)構(gòu)如下圖3，設(shè)備由遙測(cè)終端、傳感器、電臺(tái)、同軸避雷器、天饋線和電源等組成。

遙測(cè)站主要功能:

1)能夠自動(dòng)根據(jù)水文參數(shù)變化或設(shè)定的時(shí)間間隔要求實(shí)時(shí)采集、存貯、累積和發(fā)報(bào)水文數(shù)據(jù)。

2)具有站址和前導(dǎo)時(shí)間任意設(shè)定功能。

3)具有定時(shí)自檢發(fā)送自身工作狀態(tài)信息。

4)具有雙信道通信功能，提高系統(tǒng)可靠性。

5)具有固態(tài)存儲(chǔ)功能，防止數(shù)據(jù)丟失。……

2 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)信息采集方式

2.1 雨量采集方式

雨量采集采用翻斗式雨量觀測(cè)設(shè)備，精度為0.5 mm，當(dāng)雨量達(dá)到1 mm時(shí)，自動(dòng)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)。采集降雨強(qiáng)度可達(dá)4 mm/最小，誤差≤±3%。工作時(shí)，降水進(jìn)入環(huán)口控制面積，由集水器匯攏后，通過(guò)進(jìn)水漏斗進(jìn)入翻斗;當(dāng)計(jì)量到一定水量時(shí)，翻斗翻轉(zhuǎn)，翻斗上的磁石吸合或釋放翻斗旁的干簧管，產(chǎn)生一個(gè)通斷信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入終端機(jī)進(jìn)行累加計(jì)算，以數(shù)字代碼形式發(fā)射，采用雙信號(hào)輸出方式。

2.2 水位采集方式

水位觀測(cè)設(shè)備優(yōu)先采用水位測(cè)井和浮子式水位計(jì)。無(wú)水位測(cè)井的可因地適宜地采用壓力式、超聲波、激光等水位計(jì)。當(dāng)水位升降1 cm時(shí)，自動(dòng)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)，為防止風(fēng)浪影響，采用5 min定時(shí)采集。

2.3 蒸發(fā)量采集方式

遙測(cè)蒸發(fā)站采用自動(dòng)補(bǔ)水裝置和蒸發(fā)皿。自動(dòng)補(bǔ)水裝置定時(shí)向蒸發(fā)皿加水，并將數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送。

3 電源系統(tǒng)

1)中心站采用220V交流供電，配備有不間斷電源(UPS)作為斷電保護(hù)裝置。

2)中繼站采用直流12V、24AH蓄電池，20W太陽(yáng)能浮充供電。

3)測(cè)站采用直流12V、7AH或24AH蓄電池，5W或20W太陽(yáng)能浮充供電。

4 防雷系統(tǒng)

1)中心站值守設(shè)備、中繼站和測(cè)站所有設(shè)備采用太陽(yáng)能浮充供電方式，避免了交流電網(wǎng)的干擾和雷擊。

2)設(shè)有室外天線的站點(diǎn)，建有良好接地體，防止雷擊。各類(lèi)遙測(cè)站防雷接地電阻≤10Ω，中心站和中繼站防雷接地電阻≤5Ω。

3)室外天饋線系統(tǒng)和設(shè)備之間采用同軸避雷器聯(lián)接，將干擾雜波引接入地，保護(hù)設(shè)備。

4)中心站交流供電電源另加設(shè)防雷斷電等保護(hù)措施。

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

1)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)全自動(dòng)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)每5min提取數(shù)據(jù)一次，在保證暢通性的情況下保證實(shí)時(shí)性。

2)擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)以防汛網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，由多個(gè)子系統(tǒng)組成，容易擴(kuò)展、升級(jí)，便于管理維護(hù)、應(yīng)用。

3)智能程度較高，遙測(cè)水情信息從數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)傳輸、判斷對(duì)錯(cuò)、過(guò)濾錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)入庫(kù)、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、檢索分析到網(wǎng)上發(fā)布，全部自動(dòng)、實(shí)時(shí)進(jìn)行，并提供日志信息查詢運(yùn)行情況。

4)技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸部分全自動(dòng)運(yùn)行，節(jié)約了人力，提高了工作效率;錯(cuò)誤數(shù)據(jù)過(guò)濾性能高，自動(dòng)排錯(cuò);系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)自動(dòng)檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)故障。

5)安全可靠。系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)統(tǒng)一使用維護(hù)和管理程序進(jìn)行用戶權(quán)限管理，權(quán)限的管理可以具體到某一菜單項(xiàng)、能夠查詢的測(cè)點(diǎn)的控制、能夠查詢的時(shí)間段的控制。

6 系統(tǒng)應(yīng)用及效益評(píng)價(jià)

山美水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自2006年建成投入使用以來(lái)，經(jīng)過(guò)4個(gè)汛期的檢驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。很大程度提高水庫(kù)管理技術(shù)水平，進(jìn)一步增強(qiáng)水庫(kù)流域及時(shí)、可靠地掌握水雨情信息的能力，能夠在洪峰形成的第一時(shí)刻及洪水漲落變化中，迅速掌握水情要素并快速反應(yīng)，為提高山美水庫(kù)防洪的主動(dòng)性和科學(xué)性提供可靠的支撐。同時(shí)系統(tǒng)建成運(yùn)行，還極大減少下游洪澇災(zāi)害帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。

圖1 中心站結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 中繼站結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 遙測(cè)站結(jié)構(gòu)示意圖