庫(kù)區(qū)水雨情實(shí)時(shí)報(bào)汛信息系統(tǒng)研究

趙 瑜

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.山西省人民政府防汛抗旱指揮部辦公室，山西 太原 030002）

1 山西省水庫(kù)報(bào)汛工作現(xiàn)狀

山西省地處黃土高原，共建有水庫(kù)765座，其中大部分水庫(kù)建于20世紀(jì)50年代，多為“三邊”工程，設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量沒(méi)有保證，很多水庫(kù)存在安全隱患。水庫(kù)的汛期安全問(wèn)題，一直是防汛管理部門所關(guān)心的重要問(wèn)題。目前僅有部分大中型水庫(kù)建有自動(dòng)水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，且已建成的水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)并未與防汛部門、水文部門實(shí)現(xiàn)信息共享，報(bào)訊體系還處于人工觀測(cè)上報(bào)階段，難以使各級(jí)防汛部門實(shí)時(shí)掌握水庫(kù)的水雨情信息，而且在發(fā)生暴雨洪水時(shí)，常發(fā)生通信終端擁塞，給水庫(kù)調(diào)度帶來(lái)很大困難，一旦發(fā)生險(xiǎn)情難以及時(shí)對(duì)外報(bào)警和組織搶險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅水庫(kù)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。只有建立庫(kù)區(qū)水位同步實(shí)時(shí)信息報(bào)送、信息共享系統(tǒng)，才能為全省防汛抗旱減災(zāi)事業(yè)提供必要的保障。

2 國(guó)家要求及現(xiàn)有水庫(kù)報(bào)汛軟件情況

依據(jù)國(guó)家防汛抗旱指揮部辦公室國(guó)汛〔2012〕10號(hào)文件要求，山西省所有?。ㄒ唬┬鸵陨系乃畮?kù)（含庫(kù)容大于100萬(wàn)m3的水電站、淤地壩、尾礦壩）均應(yīng)及時(shí)報(bào)送信息，信息報(bào)送內(nèi)容包括水庫(kù)水文、蓄水量、入出庫(kù)流量、降水量等實(shí)時(shí)信息以及水庫(kù)防洪特征值等基礎(chǔ)信息。報(bào)送頻率為“各水庫(kù)要做到汛期逐日上報(bào)，非汛期逐旬上報(bào)，發(fā)生洪水時(shí)要加密報(bào)送頻次?！?/p>

目前山西省具有水庫(kù)信息報(bào)送任務(wù)的大中型水庫(kù)312座，其中大型水庫(kù)7座，中型水庫(kù)56座，小型水庫(kù)249座，報(bào)送率大中型水庫(kù)能夠做到83%，但小型水庫(kù)的報(bào)送率僅1%，且報(bào)送手段仍然停留在人工操作階段，已有的信息報(bào)送軟件自動(dòng)化低、信息處理復(fù)雜，已不能滿足現(xiàn)階段的需要。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)為：利用現(xiàn)代化的通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全省312座水庫(kù)的水位、雨量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程傳輸、實(shí)時(shí)處理、數(shù)據(jù)入庫(kù)和數(shù)據(jù)檢索等功能。要求實(shí)時(shí)水情信息能夠在10 min內(nèi)到達(dá)市級(jí)防汛部門，20 min內(nèi)將數(shù)據(jù)審核上報(bào)至上級(jí)防汛部門，并共享至到省水文局等其他相關(guān)部門，滿足防汛指揮調(diào)度、水文資料整編預(yù)報(bào)等目標(biāo)。

3.2 水庫(kù)報(bào)汛系統(tǒng)信息上報(bào)流程

依據(jù)水庫(kù)分級(jí)管理機(jī)制，該系統(tǒng)信息采集共分為省、市、縣三級(jí)，縣級(jí)防汛部門接收縣管水庫(kù)、村級(jí)水庫(kù)及其他水庫(kù)的水情信息并審核后上報(bào)市級(jí)防汛部門；市級(jí)防汛部門接收縣級(jí)防汛部門上報(bào)的水情信息及市管水庫(kù)水情信息并審核后上報(bào)省級(jí)防汛部門；省級(jí)防汛部門接收市級(jí)防汛部門上報(bào)的水情信息及省管水庫(kù)水情信息，審核無(wú)誤后通過(guò)水情交換系統(tǒng)同步交換至省水文局，最后由省水文局匯總上報(bào)水利部。

3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

將水位計(jì)、雨量計(jì)等計(jì)量設(shè)備采集到的水庫(kù)水位、雨量等數(shù)據(jù)，通過(guò)通信設(shè)備傳輸處理，自動(dòng)上傳到系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)和數(shù)據(jù)檢索等功能，并實(shí)現(xiàn)區(qū)縣、市級(jí)防汛部門數(shù)據(jù)一致、完整、準(zhǔn)確。通過(guò)系統(tǒng)接口可將數(shù)據(jù)上報(bào)至上級(jí)防汛部門，并共享至省水文局等其他相關(guān)部門，滿足防汛指揮調(diào)度、水文資料整編預(yù)報(bào)等目標(biāo)。

3.3.2 信息采集點(diǎn)設(shè)計(jì)

信息采集點(diǎn)設(shè)立于全省312座有報(bào)送信息任務(wù)的水庫(kù)，有自動(dòng)水雨情測(cè)站的水庫(kù)利用原有設(shè)備，在未建設(shè)的水庫(kù)新建自動(dòng)水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)；并在上報(bào)軟件中增添人工上報(bào)功能，滿足自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)出故障時(shí)的緊急上報(bào)。

3.3.3 水庫(kù)自動(dòng)水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)

水庫(kù)自動(dòng)水雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要是應(yīng)用現(xiàn)代通訊、遙測(cè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，完成水庫(kù)雨量、水文、閘門狀態(tài)等水文參數(shù)的實(shí)時(shí)收集和處理傳輸，主要由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備（遙測(cè)站）、數(shù)據(jù)處理中心站、通信模塊、水庫(kù)信息查詢預(yù)警軟件組成。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備（遙測(cè)站）設(shè)計(jì)由多個(gè)水位計(jì)（類型有超聲波水位計(jì)、雷達(dá)水位計(jì)、投入式水位計(jì)等）、翻斗式雨量計(jì)組成，負(fù)責(zé)計(jì)量水庫(kù)的水位、降雨量等水文數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理中心站設(shè)計(jì)設(shè)置于各水庫(kù)管理中心站的計(jì)算機(jī)，對(duì)收集到的水雨情信息進(jìn)行處理，計(jì)算出水庫(kù)流域平均水位、降雨量及各水庫(kù)實(shí)時(shí)出入庫(kù)流量，生成實(shí)時(shí)報(bào)文，通過(guò)通信信道傳輸至各級(jí)防汛部門。要求系統(tǒng)采用定時(shí)自報(bào)、暴雨加報(bào)的工作機(jī)制，并可管理各現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人工置數(shù)。

通信渠道是構(gòu)成通信網(wǎng)的主體部分。信道設(shè)計(jì)原則是保證信號(hào)有效、可靠傳輸。防汛通信網(wǎng)應(yīng)采用雙信道自動(dòng)切換互為備份的技術(shù)，確保水庫(kù)水情信息傳輸系統(tǒng)暢通，在系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)有的通信資源，從實(shí)際出發(fā)考慮各地的通訊情況。目前山西省主流通信傳輸信道有以下幾種：

有線網(wǎng)絡(luò)傳輸：得益于國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)工程項(xiàng)目和山洪災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)施，山西省已建立了上聯(lián)水利部、海委；下聯(lián)全省11個(gè)市和115個(gè)縣的防汛抗旱骨干網(wǎng)絡(luò)，長(zhǎng)治地區(qū)將骨干網(wǎng)延伸到了轄區(qū)的重點(diǎn)水庫(kù)。防汛抗旱骨干網(wǎng)的建設(shè)為全省防汛信息傳輸提供了良好的保障，且隨著我國(guó)公眾電信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的迅猛發(fā)展，各水庫(kù)連接Internet網(wǎng)絡(luò)較為便利，必要時(shí)可通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)登陸VPN進(jìn)行信息傳輸。優(yōu)點(diǎn)是電路傳輸速度快、技術(shù)成熟、信息傳輸穩(wěn)定、不易受干擾。缺點(diǎn)是防御自然災(zāi)害的能力低。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸：便于施工建設(shè)，機(jī)動(dòng)靈活，但對(duì)無(wú)線移動(dòng)通訊基站依賴性較大，防御自然災(zāi)害的能力較低。目前大部分的雨量、水文計(jì)均支持GPRS，CDMA，GMS等通信方式。

短波通信是山西省水文無(wú)線通訊系統(tǒng)常用的信息傳輸方式之一。優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離長(zhǎng)，不受地形影響，適用于山區(qū)等無(wú)線信號(hào)無(wú)法覆蓋的地區(qū)。缺點(diǎn)是同頻干擾較為嚴(yán)重，信號(hào)傳輸效率較低。

近年來(lái)，衛(wèi)星通信技術(shù)日趨成熟，我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的北斗衛(wèi)星以及海事衛(wèi)星系統(tǒng)在水情自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用日趨增多，是未來(lái)水情測(cè)報(bào)的重要發(fā)展方向。優(yōu)點(diǎn)是傳輸質(zhì)量最好，傳輸距離不受限制，覆蓋面積大，受地形、氣候的影響較小，組網(wǎng)靈活。缺點(diǎn)是普遍價(jià)格較為高昂。

因此，在全省312座水庫(kù)建立自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，需因地制宜，根據(jù)地形地貌特征，以公用電信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、省防汛抗旱骨干網(wǎng)絡(luò)為主，以短波通信、衛(wèi)星通信為輔，建立完善的通信保障方案。

實(shí)時(shí)水庫(kù)信息查詢預(yù)警軟件設(shè)計(jì)：在省（市、縣）級(jí)防汛部門部署實(shí)時(shí)水庫(kù)信息查詢預(yù)警軟件，該軟件的主要功能有：建立全?。ㄊ?、縣）水庫(kù)基礎(chǔ)信息庫(kù)，包括水庫(kù)地理位置、經(jīng)緯度、測(cè)站編碼、庫(kù)容、汛限水位、壩頂高程、管理情況等水庫(kù)相關(guān)基礎(chǔ)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)全省（市、縣）水庫(kù)的數(shù)據(jù)化管理。實(shí)時(shí)接收、翻譯收到的水庫(kù)水情報(bào)文信息，錄入實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)庫(kù)；提供遠(yuǎn)程人工實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)填報(bào)功能，以供尚未部署自動(dòng)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的水庫(kù)進(jìn)行人工填報(bào)。采用瀏覽器/服務(wù)器的開(kāi)發(fā)模式，各單位操作人員在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境允許的情況下就可進(jìn)行數(shù)據(jù)的操作。

歷史數(shù)據(jù)查詢：可供多種方式查詢歷史數(shù)據(jù)，支持形成多種報(bào)表進(jìn)行在線打印，支持生成圖表進(jìn)行分析，支持?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)出。

預(yù)警功能：與短信平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，當(dāng)水庫(kù)超汛限水位運(yùn)行時(shí)可以發(fā)短信進(jìn)行預(yù)警。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施庫(kù)區(qū)水雨情實(shí)時(shí)報(bào)汛信息系統(tǒng)，不僅可以滿足山西省312座水庫(kù)的信息報(bào)送需求，為全省水文部門提供大量的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而且可以結(jié)合國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程的建設(shè)，為防汛抗旱、防災(zāi)減災(zāi)提供數(shù)據(jù)支撐。