論水文巡測(cè)工作中水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用

謝文奇

（遼寧省本溪水文局 本溪市 117000）

論水文巡測(cè)工作中水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用

謝文奇

（遼寧省本溪水文局 本溪市 117000）

在水文水資源工作中，開展水文巡測(cè)工作能夠使水文服務(wù)質(zhì)量得到有效提升。而在水文巡測(cè)工作中進(jìn)行水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用，則能使水文巡測(cè)工作質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。 基于這種認(rèn)識(shí)，文章對(duì)水文巡測(cè)工作中水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用問題進(jìn)行探討，以期為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

水文巡測(cè) 水文遙測(cè)水位系統(tǒng) 運(yùn)用

1 水文遙測(cè)水位系統(tǒng)概述

隨著遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展， 目前各地水文巡測(cè)站都在積極進(jìn)行遙測(cè)水位系統(tǒng)的建設(shè)。 利用該系統(tǒng)，能完成水文信息的實(shí)時(shí)、高效和全覆蓋記錄，從而為水文分析提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。就目前來(lái)看，在水文巡測(cè)工作中運(yùn)用該系統(tǒng)，需要完成水文信息的收集、傳輸和處理[1]。 而水位系統(tǒng)為水文遙測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，由水位監(jiān)測(cè)傳感器、通信設(shè)施、控制裝置和信號(hào)接收、處理裝置等多種設(shè)備構(gòu)成，能夠在防汛工作中得到運(yùn)用。本溪市位于遼東半島腹地，全縣面積為3 344 km2，境內(nèi)有200余條中小河流，分屬遼河流域和鴨綠江流域，河道大多較為狹窄，但斷面較為穩(wěn)定。 每年6～9月為該地區(qū)汛期，雨量較為集中，容易出現(xiàn)洪水。 在2006年以前，遼寧本溪地區(qū)主要運(yùn)用機(jī)械式水位計(jì)進(jìn)行水位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。 但從所得實(shí)測(cè)資料來(lái)看，存在著所測(cè)流量空間分布不合理、洪峰流量無(wú)法實(shí)測(cè)和流量巡測(cè)盲目性較大等問題，以至于影響了水文巡測(cè)工作質(zhì)量。為解決這一問題，遼寧本溪于2006年開始進(jìn)行水文遙測(cè)系統(tǒng)建設(shè)[2]。目前，遼寧本溪地區(qū)共完成了8處水文站的建設(shè)， 各站都配備有遙測(cè)水位計(jì)，能夠完成水位數(shù)據(jù)的采集，然后通過遙測(cè)終端機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

如圖1所示， 遼寧本溪水文遙測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)遙測(cè)站和1個(gè)水情中心站構(gòu)成， 使用的遙測(cè)終端機(jī)分為兩種，即YDH-1A型端機(jī)和YAC-9900型端機(jī)。系統(tǒng)中包含各種傳感器和接收控制裝置及通信設(shè)施，能夠用于進(jìn)行水文資料的收集、存儲(chǔ)和整理。 在對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取時(shí)， 遙測(cè)終端機(jī)將利用超短波或GPRS將水位數(shù)據(jù)傳輸至接收中心。經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理，則能夠得到相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)[3]。就目前來(lái)看，借助現(xiàn)代信息系統(tǒng)， 遼寧本溪已經(jīng)完成了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遙測(cè)水位系統(tǒng)構(gòu)建。利用該系統(tǒng)，不僅能夠完成水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，還能進(jìn)行水位過程線的繪制，從而進(jìn)行水情的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。

圖1 遼寧本溪水文遙測(cè)水位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用

（1） 在水位流量巡測(cè)中的運(yùn)用。

在水位流量巡測(cè)中， 使用傳統(tǒng)機(jī)械式水位計(jì)只能完成水位記錄， 無(wú)法進(jìn)行水位數(shù)據(jù)的傳輸。 在這種情況下，如果巡測(cè)站為無(wú)人值守的站點(diǎn)，就無(wú)法較好的完成流量巡測(cè)。因?yàn)?，采取該種巡測(cè)方法將出現(xiàn)所得流量時(shí)空分布不合理的情況， 并且也無(wú)法完成洪峰流量的實(shí)時(shí)巡測(cè)。 在2006年之前，遼寧本溪都使用機(jī)械式水位計(jì)進(jìn)行流量巡測(cè)， 以至于所有巡測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)最大流量都比實(shí)際發(fā)生洪峰流量要低，水位流量關(guān)系延長(zhǎng)幅度超出了50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比水文規(guī)定的30%要高，所以提供的水文資料質(zhì)量較低。2006年開始，遼寧本溪開始進(jìn)行水文遙測(cè)站的建設(shè)，并開始使用遙測(cè)水位計(jì)進(jìn)行水文巡測(cè)。 采取該種巡測(cè)方式后， 巡測(cè)站人員只要在巡測(cè)中心就可以根據(jù)傳輸?shù)乃粩?shù)據(jù)進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)最佳時(shí)機(jī)的確定， 并掌握水量變化過程。圖2為本溪某測(cè)站點(diǎn)在2010年巡測(cè)工作中獲得的水位流量分布圖。2010年，本溪市發(fā)生了洪水， 巡測(cè)人員根據(jù)該站點(diǎn)水文變化趨勢(shì)完成了巡測(cè)方案的及時(shí)制定， 并在洪峰峰頂和底部完成了流量測(cè)量，獲得了該站點(diǎn)年度最高洪峰值。 同年，巡測(cè)人員對(duì)該河流發(fā)生的所有洪水都進(jìn)行了完整實(shí)測(cè)， 從而使站點(diǎn)年度資料的整編精度得到了有效提高[4]。 而從巡測(cè)得到的水位流量關(guān)系圖上來(lái)看，站點(diǎn)水位流量得到了合理分布， 并且高水延長(zhǎng)幅度滿足水文規(guī)定， 定線精度則比水文巡測(cè)規(guī)定精度指標(biāo)要高，甚至達(dá)到了國(guó)家基本站的定線精度。 由此可見，通過運(yùn)用水文遙測(cè)水位系統(tǒng)， 能夠使水文巡測(cè)工作質(zhì)量得到保證。

圖2 某巡測(cè)站2010年水位流量關(guān)系分布圖

在實(shí)際開展流量巡測(cè)工作時(shí)， 可以利用水文遙測(cè)水位系統(tǒng)進(jìn)行水文流量關(guān)系曲線的分析。 在遼寧本溪的多個(gè)水文站中， 南甸站可以利用三參數(shù)冪函數(shù)原理完成水位流量關(guān)系曲線的擬合分析。 使用系統(tǒng)進(jìn)行該站點(diǎn)的水位流量關(guān)系曲線擬合， 可以得到y(tǒng)=0.1185x0.484+285.20這一曲線方程。 在對(duì)各流量測(cè)次相對(duì)誤差進(jìn)行計(jì)算時(shí)，則可以利用該方程對(duì)高、中、低水位級(jí)進(jìn)行計(jì)算。 而南甸水位流量在（0.81～3.42）m3/s范圍內(nèi)，經(jīng)計(jì)算其最低水位為285.197 m。

（2） 在洪峰流量巡測(cè)中的運(yùn)用。

在洪峰巡測(cè)中， 也可以運(yùn)用水文遙測(cè)水位系統(tǒng)進(jìn)行洪峰流量實(shí)測(cè)。 通過分析本溪?dú)v年水文資料可以發(fā)現(xiàn)，在2006年之前，本溪所有巡測(cè)站點(diǎn)未能完成年內(nèi)最大洪峰流量的實(shí)測(cè)， 以至于獲得的水位流量關(guān)系曲線誤差檢驗(yàn)超出了規(guī)定要求， 無(wú)法滿足定線精度要求。 在這種情況下，其流量測(cè)次不僅較少，同時(shí)還存在著分布不合理的問題， 從而導(dǎo)致巡測(cè)人員未能通過水文巡測(cè)進(jìn)行水量變化過程的掌握。 自2006以后，由于巡測(cè)人員可以使用遙測(cè)水位計(jì)完成各站點(diǎn)水位變化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 所以更好地掌握了水位的變化趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，巡測(cè)人員通過制定最佳路線，完成了最大洪峰路兩的實(shí)測(cè)[5]。 從實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，高水延長(zhǎng)幅度都不超過20%，隨機(jī)不確定度則不超過11%， 并且測(cè)次也得到了合理分布，因此使得定線精度得到了有效提高。

（3） 在洪水測(cè)驗(yàn)指導(dǎo)上的運(yùn)用。

在防汛工作中，洪水測(cè)驗(yàn)為重點(diǎn)工作，關(guān)系到水文巡測(cè)能否取得成功。從理論上來(lái)看，運(yùn)用水位遙測(cè)系統(tǒng)，可以使洪水監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度得到提高，從而在提高水文工作質(zhì)量的同時(shí)， 更好地進(jìn)行洪水預(yù)防。 目前，在有關(guān)水利工程的建設(shè)工作中，巡測(cè)站點(diǎn)都會(huì)被建設(shè)在降水量較高的區(qū)域。而在這些區(qū)域，普遍擁有相似的洪水成因，并且基本在同一時(shí)期發(fā)生洪水。具體來(lái)講，就是洪水多由季節(jié)性融雪或暴雨引發(fā)。運(yùn)用水文遙測(cè)水位系統(tǒng)， 則可以對(duì)不同巡測(cè)的的洪水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并了解洪水變化情況，進(jìn)而完成合理的洪水巡測(cè)路線制定。 通過在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間完成洪水測(cè)驗(yàn)，則可以進(jìn)一步掌握各站點(diǎn)的洪水發(fā)生情況[6]。結(jié)合發(fā)生洪水的河流的各巡測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，則能完成洪水特性的分析，從而得知洪水的類型和可能發(fā)生時(shí)間，并對(duì)洪水經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析，并完成河流水情方案的制定。例如，2010年本溪太子河的5個(gè)巡測(cè)站在1 d內(nèi)都出現(xiàn)了洪峰流量，并且洪峰發(fā)生時(shí)間相隔不超過5 h，通行時(shí)間最長(zhǎng)則達(dá)到了4 h。由此可見，測(cè)流歷時(shí)較短，大部分時(shí)間都花費(fèi)在去往巡測(cè)點(diǎn)的路上，所以每個(gè)站點(diǎn)只能停留不超過0.5 h的時(shí)間。而通過比較歷年巡測(cè)路線和時(shí)間可以發(fā)現(xiàn)，其中有兩個(gè)站點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行洪水過程的及時(shí)了解，停留時(shí)間過短，因此還應(yīng)進(jìn)行其他巡測(cè)方案的制定?？紤]到這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)為險(xiǎn)阻地點(diǎn)，可利用氣泡水位計(jì)進(jìn)行巡測(cè)，以便進(jìn)行水位數(shù)據(jù)的及時(shí)測(cè)量。通過進(jìn)行巡測(cè)路線和方案的合理制定，則能完成洪峰流量的準(zhǔn)確測(cè)量[7]。從實(shí)踐運(yùn)用情況來(lái)看，無(wú)論是在汛期基本站還是常年水文站，運(yùn)用水位遙測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行斷面相對(duì)穩(wěn)定和水位流量關(guān)系呈單一線性的河流巡測(cè)，都能夠滿足全局巡測(cè)部署要求。因此，在水文巡測(cè)中運(yùn)用水文遙測(cè)水位系統(tǒng)，能夠?yàn)樗谎矞y(cè)提供科學(xué)指導(dǎo)。

3 水文遙測(cè)水位系統(tǒng)在運(yùn)用中的問題

就目前來(lái)看，遼寧本溪水文巡測(cè)站在水文巡測(cè)中運(yùn)用水文遙測(cè)水位系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些問題。對(duì)遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，各遙測(cè)站端機(jī)使用GPRS進(jìn)行水位數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，由于GPRS模塊始終處在工作狀態(tài)，所以會(huì)產(chǎn)生較大功耗。在這種情況下，測(cè)站總會(huì)出現(xiàn)蓄電池虧電報(bào)停的問題。針對(duì)這一情況，測(cè)站人員還應(yīng)定期進(jìn)行充電，以免該問題的發(fā)生影響水位數(shù)據(jù)的傳送。

此外，系統(tǒng)因設(shè)備性能不穩(wěn)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變情況，以至于影響了水文數(shù)據(jù)質(zhì)量。針對(duì)這一情況，短期內(nèi)還要加強(qiáng)人工監(jiān)視，以便將跳變數(shù)據(jù)及時(shí)刪除。從長(zhǎng)期發(fā)展角度來(lái)看，還要加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備的維修維護(hù)，以便使設(shè)備性能得到改善[8]。此外，為確保水位數(shù)據(jù)能夠得到及時(shí)傳輸，還應(yīng)建立GSM備用信道，以確保系統(tǒng)能夠在GPRS模塊發(fā)生故障時(shí)利用GSM信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)論

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在水文巡測(cè)工作中進(jìn)行水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用，可以更好地完成流量巡測(cè)、洪峰實(shí)測(cè)，并且能夠?yàn)樗难矞y(cè)提供科學(xué)指導(dǎo)，從而使全局巡測(cè)部署要求得到滿足。所以，相關(guān)人員還應(yīng)加強(qiáng)水文遙測(cè)水位系統(tǒng)的運(yùn)用，以便更好的開展水文巡測(cè)工作。此外，相信隨著遙測(cè)技術(shù)的發(fā)展，水文遙測(cè)水位系統(tǒng)也將得到進(jìn)一步完善，從而獲得更好的發(fā)展前景。

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2017-01-11）

謝文奇（1980-），男，遼寧本溪人，大學(xué)本科，工程師，從事水文遙測(cè)工作。