自動水位遙測系統(tǒng)在水庫防洪預(yù)警中的應(yīng)用分析

劉春秀

河北省唐山市陡河水庫管理處

自動水位遙測系統(tǒng)在水庫防洪預(yù)警中的應(yīng)用分析

劉春秀

河北省唐山市陡河水庫管理處

水位遙測系統(tǒng)是水庫管理中常用的一種信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有及時可靠、連續(xù)完整監(jiān)測水位信息資料的特點，可應(yīng)用于水庫防洪預(yù)警管理工作中。為了推廣應(yīng)用自動遙測系統(tǒng)及確保系統(tǒng)能夠在防洪預(yù)警工作中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，本文分析了自動水位遙測系統(tǒng)的現(xiàn)狀，包括系統(tǒng)構(gòu)成，可靠性設(shè)計情況；同時還結(jié)合水庫工程實例對自動遙測系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了探討。

防洪預(yù)警；水位遙測；自動；系統(tǒng)

水庫是常見的防洪工程，可通過蓄洪與滯洪兩種方式有效調(diào)節(jié)洪水，具有攔蓄洪水、有效削減洪峰流量及防范洪水災(zāi)害等作用。為了使水庫能夠更好的發(fā)揮防洪預(yù)警作用，則應(yīng)做好水庫日常管理工作。水位變化監(jiān)測是水庫日常管理工作的重要組成部分，在監(jiān)測水位變化時通常需要運用水位遙測系統(tǒng)[1]。本文分析了自動化水位遙測系統(tǒng)在水庫防洪預(yù)警工作中的應(yīng)用情況，旨在提高水庫的防洪能力。

1.自動水位遙測系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

自動遙測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心組成。（1）采集系統(tǒng)。將水位遙測儀安裝于水庫上游，以利用遙測儀自動探測上游水位變化情況，遙測儀完成數(shù)據(jù)采集后直接向中控儀傳輸探測數(shù)據(jù)。（2）傳輸系統(tǒng)。利用YDZ-YL300A型傳輸儀對來自中控儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，將水位數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為超短波形式，隨后向監(jiān)測中心傳輸短波信號[2]。（3）監(jiān)測中心。通常在防汛中心機(jī)房設(shè)置系統(tǒng)的監(jiān)測中心，監(jiān)測中心當(dāng)中的主服務(wù)器可連接無線網(wǎng)絡(luò)，采集子系統(tǒng)及傳輸子系統(tǒng)經(jīng)由無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給主服務(wù)器，由主服務(wù)器負(fù)責(zé)讀取及分析數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，監(jiān)測中心可及時發(fā)出防洪預(yù)警指令。

1.2 可靠性設(shè)計

為了提高自動遙測系統(tǒng)運行的可靠性，在設(shè)計系統(tǒng)時采用了以下方法：（1）監(jiān)測中心與數(shù)據(jù)采集站之間的連接方式為“VHF+GSM”，將超短波通信作為傳輸數(shù)據(jù)的主要方式，備用傳輸方式為GSM信道通信，可以保證水位信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)查詢應(yīng)答互相配合、增量加報限時、自報。VHF與GSM可以實現(xiàn)自動切換，數(shù)據(jù)可多次重發(fā)，編碼方式為差錯編碼。此外，遙測終端具有固態(tài)存儲信息的功能，有利于保證水位信息數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性；為避免超短波發(fā)生碰撞問題，要求系統(tǒng)時鐘同步，定時報送遙測數(shù)據(jù)及整編各類水文資料。（2）為提高系統(tǒng)硬件運行的可靠性，在設(shè)計系統(tǒng)電路時需要充分考慮掉電保護(hù)、信號保護(hù)、信號及電源濾波影響、浪涌抑制等因素，同時在系統(tǒng)各個接口采用防雷保護(hù)裝置。還利用了軟件陷阱、看門狗及自檢技術(shù)保護(hù)系統(tǒng)終端軟件，并將軟件設(shè)計為多任務(wù)實時管理機(jī)制，以保證系統(tǒng)中的軟件可以維持良性運行狀態(tài)。（3）在系統(tǒng)遙測站的供電設(shè)計方面，主要考慮了太陽能蓄電池可靠性設(shè)計問題。由于水位遙測站點多位于山區(qū)，如直接使用農(nóng)網(wǎng)供電，則無法有效保證連續(xù)供電。因此需要采用太陽能蓄電池維持穩(wěn)定供電，確保蓄電池在連續(xù)30d為陰雨天氣的情況下仍可以正常供電[3]。在選擇電池板時需要綜合考慮多種因素，如充電時的安全系數(shù)、充電負(fù)載系數(shù)、充電電流系數(shù)、遙測站的功耗率及平均日照等，盡量確保在5d內(nèi)電池可以達(dá)到蓄滿狀態(tài)，以免對設(shè)備的正常運行造成影響。

2.自動水位遙測系統(tǒng)在水庫防洪預(yù)警中的應(yīng)用分析

2.1 水庫概況

某水庫工程在2010年2月開始動工興建，2011年可用于攔洪，建成時間為2012年，壩頂高程為165m，設(shè)計洪水位162.0m，校核洪水位163.0m。該水庫的總庫容為48.63億m3，年徑流量為5534萬m3，建成后進(jìn)庫流量的平均值為1.74m3/s。該水庫建成及投入使用后在當(dāng)?shù)爻鞘泄┧胺篮榉矫嫫鸬搅朔浅Ｖ匾淖饔?。由于采用人工觀測水位的方法難以獲得準(zhǔn)確、及時的數(shù)據(jù)信息資料，也難以有效開展防洪預(yù)警工作，在綜合考慮各方面情況后應(yīng)用了自動水位遙測系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用情況

在系統(tǒng)中設(shè)置了3個水位數(shù)據(jù)采集站，即渠首測站、水庫測站及河道測站，同時設(shè)置了1個信息監(jiān)控站，采集站可將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控站，由監(jiān)控站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿畮旃鄥^(qū)的調(diào)度中心，調(diào)度中心可利用計算機(jī)讀取信息數(shù)據(jù)。在水庫工程上游3km處的河道中設(shè)置河道測站，利用采集裝置收集河道斷面的水位信息數(shù)據(jù)，利用處理器對水位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，向接收端傳輸超短波。同時在系統(tǒng)中安裝了流量及水位報警裝置，在河道測站中監(jiān)測到的水文數(shù)據(jù)超過標(biāo)準(zhǔn)流量及標(biāo)準(zhǔn)水位值時，報警裝置可自動發(fā)出報警信息，因此該系統(tǒng)可有效發(fā)揮防洪預(yù)警作用。在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，自動遙測系統(tǒng)比人工水位觀測具有更高的精確性，在實施人工觀測時發(fā)現(xiàn)時效誤差為0.5h~1.0h，流量系數(shù)誤差為0.25左右，采用自動遙測系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)時效誤差＜10min，流量系數(shù)誤差接近于零。例如，在2012年7月該水庫工程出現(xiàn)1次洪峰，在7月25日16點10分河道中的實際水位開始超過警戒水位線，自動遙測系統(tǒng)立即報警，防洪指揮中心接收到系統(tǒng)傳輸?shù)膱缶畔⒑?，安排人員做好相應(yīng)的防洪準(zhǔn)備，并全面監(jiān)測水位變化[4]。在17點10分時，自動遙測系統(tǒng)接收到河道測站的水位信息，顯示洪峰流量已經(jīng)達(dá)到了155m3/s，同時水庫測站中監(jiān)測到水位開始迅速上漲，防洪指揮中心根據(jù)自動系統(tǒng)所獲得的信息制定出了較為周全的排洪計劃。另一方面，為了對自動遙測系統(tǒng)實時測報的準(zhǔn)確性進(jìn)行核實，安排人員到河道測站實地查看固定斷面及標(biāo)志水尺，經(jīng)核實后發(fā)現(xiàn)自動遙測系統(tǒng)的實時測報數(shù)據(jù)與現(xiàn)場人員的計算結(jié)果相吻合。

3.結(jié)束語

綜上所述，自動水位遙測系統(tǒng)能夠在水庫工程的防洪預(yù)警管理工作中發(fā)揮非常重要的作用。因此在實際工作中要充分重視采用有效的技術(shù)措施完善遙測系統(tǒng)，使遙測系統(tǒng)的應(yīng)用功能變得更全面，并由此強化水庫日常管理工作。

[1]李恒鵬,陳偉民,楊桂山,聶小飛.基于湖庫水質(zhì)目標(biāo)的流域氮、磷減排與分區(qū)管理——以天目湖沙河水庫為例[J],湖泊科學(xué),2013,25(6):785-798.

[2]陳雷.完善機(jī)制 落實責(zé)任 強化管理 全力做好水庫安全度汛工作——在全國水庫安全度汛異地視頻會議上的講話[J].中國防汛抗旱,2012,22(3):6-8.

[3]蔣海昆,宋金,賈若,曲均浩,陳亞男.不同時期水庫地震活動主要影響因素討論——以三峽庫區(qū)微震活動為例[J].地震,2014,34(1):13-23.

[4]孫思淼,戴長雷,劉春麗,劉春艷.水庫浸沒災(zāi)害調(diào)查與評價方法研究——以大頂子山水庫上游浸沒區(qū)為例[J].人民長江,2012,43(9):6973