冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)分析

曹曙光

（大同市冊田水庫管理局 山西大同 037300）

0 引言

防洪實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，減免洪水災(zāi)害有兩類措施：一類是工程措施，是按照人們的要求修建工程，改造自然。另一類是非工程措施，其中洪水預(yù)報(bào)，科學(xué)調(diào)度，是一種非常主要的手段，它能改變?yōu)暮Φ挠绊懀_(dá)到減少災(zāi)害損失的目的。所以今后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，在與自然作斗爭的過程中，不僅要研究改造自然，更應(yīng)當(dāng)高度重視洪水預(yù)報(bào)，這是一種用較小代價(jià)，達(dá)到減免災(zāi)害程度的主要手段。

筆者通過多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和對冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)工程完善的前后對比，對發(fā)展水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)確保水庫安全渡汛做了詳細(xì)介紹。

1 工程概況

冊田水庫位于山西省大同縣境內(nèi)，地處海河流域，永定河水系，桑干河中游，控制面積16700萬m2。流域四周由中、高山環(huán)繞，中部為大同盆地，境內(nèi)主要河流為桑干河，主要支流有源子河、黃水河、渾河、御河等直接匯入干流的小支流共21條。

冊田水庫以上流域現(xiàn)有雨量站76處，其中縣氣象站10處，水文站7處，還有7座中型水庫，16處灌渠。其中較為完整的有7處水文站和4處水庫，此外大同市和朔州市還有專用水文站6處，這些站網(wǎng)為監(jiān)測研究本流域河川徑流積累了寶貴的基礎(chǔ)資料。西朱莊、固定橋、觀音堂等水文站和東榆林、鎮(zhèn)子梁2處水庫為冊田水庫防汛調(diào)度提供了信息數(shù)據(jù)。

2 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)未完善前情況

在上世紀(jì)六十年代到七十年代測站與水庫的聯(lián)系，全部通過農(nóng)村郵電系統(tǒng)傳輸雨、水情。由于線路長、分支多、布局不合理，線路木桿腐爛、設(shè)備老化，經(jīng)常發(fā)生倒桿、斷線等故障，使防洪系統(tǒng)信息傳輸可靠性得不到保障。如1967年8月5日冊田水庫發(fā)生一次建庫以來的最大洪水，進(jìn)庫3400m3/s，出庫1500 m3/s，當(dāng)時(shí)桑干河流量1800 m3/s，御河流量1000 m3/s，后面再?zèng)]有水情信息，通訊中斷，電話打不通，同時(shí)也沒有交通工具，水庫防汛人員非常著急，但是沒有好辦法解決聯(lián)系，在這種危機(jī)關(guān)頭，防汛人員沒有及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的水情信息，無法進(jìn)行合理的控制調(diào)度。七十年代后期發(fā)展了短波、超短波與有線混合的報(bào)話通汛系統(tǒng)。多年來，水庫的無線通訊系統(tǒng)對外聯(lián)系主要由地、市防辦承擔(dān)，水庫只能與地、市防辦直接電話，上游各水文站遇有水情、雨情，只能通過地、市防辦和農(nóng)村郵電系統(tǒng)向水庫傳遞。同時(shí)水情、雨情數(shù)據(jù)主要由人工采集，自動(dòng)化程度效率低下。當(dāng)時(shí)，雁北防辦和冊田水庫無線通訊部分設(shè)備較差，主要原因是電臺(tái)為淘汰產(chǎn)品，超期使用。又加上冊田水庫地處山丘地域，地形復(fù)雜，局部地形障礙，現(xiàn)有塔桿較低以及通訊基地屏蔽，不能保證正常使用。

3 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的形成

目前的洪水預(yù)報(bào)方法，主要是依據(jù)上游已經(jīng)出現(xiàn)的水文情況和已降雨量，借助土壤地貌，河網(wǎng)特征進(jìn)行產(chǎn)流和匯流演算，計(jì)算上游水庫的來水量和庫水位。在一個(gè)流域里只要有一個(gè)比較完整的雨量水文收集站網(wǎng)，用經(jīng)歷史資料驗(yàn)證過的方法和預(yù)報(bào)方案便可發(fā)布預(yù)報(bào)。但是洪水預(yù)報(bào)必須要有一定的預(yù)見期，洪水預(yù)報(bào)的預(yù)見期是以上游洪水向下游傳播時(shí)間或由降雨形成洪水過程的滯后時(shí)間為依據(jù)。

科學(xué)防洪和合理調(diào)節(jié)水庫水量，增長有效預(yù)見期唯一切實(shí)可行的途徑，就是改進(jìn)水文信息收集，利用洪水預(yù)報(bào)作業(yè)的手段，加速建設(shè)水情自動(dòng)化測報(bào)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括水文實(shí)時(shí)信息采集、傳輸系統(tǒng)；水文實(shí)時(shí)信息接收系統(tǒng)；水文預(yù)報(bào)和調(diào)度計(jì)算系統(tǒng)。依靠這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送接收和處理自動(dòng)化，為水庫管理調(diào)度防汛和洪水準(zhǔn)確預(yù)報(bào)提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

3.1 冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)建立

冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)建立于上世紀(jì)九十年代末，由通信、遙測和計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)融于一體，完成水文數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、處理和預(yù)報(bào)。

3.2 冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)組成

由一個(gè)中心站、205個(gè)遙測監(jiān)控站、8個(gè)中繼站組成。

1）中心站設(shè)在冊田水庫管理局是整個(gè)系統(tǒng)的處理中心，主要對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理；它將所有遙測設(shè)備傳來的信號(hào)進(jìn)行分析處理，為水庫洪水準(zhǔn)確預(yù)報(bào)和防汛調(diào)度提供可靠的依據(jù)。如：中心站里的前置機(jī)和后臺(tái)機(jī)，前置機(jī)將采集的數(shù)據(jù)通過串行口送給后臺(tái)微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立數(shù)據(jù)庫，完成人機(jī)接口，數(shù)據(jù)輸出工作。還可以根據(jù)所獲得的遙測數(shù)據(jù)，以一定的數(shù)學(xué)模型做出洪水預(yù)報(bào)方案或水資源優(yōu)化調(diào)度方案。在較大的系統(tǒng)中，后臺(tái)機(jī)可作為一分中心，向上一級(jí)的數(shù)據(jù)收集中心傳輸本遙測分中心的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可享用中心發(fā)來的其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

2）205 個(gè)遙測監(jiān)控站設(shè)在庫區(qū)和上、下游周邊地區(qū)。水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)運(yùn)用超短波通信，因其技術(shù)成熟、故障處理簡單、維修成本低、傳播方式穩(wěn)定性高、受季節(jié)和晝夜影響小，設(shè)備全固態(tài)化，更多采用集成電路，采用太陽能電池工作，應(yīng)用于無人值班站點(diǎn)。輸入設(shè)備是由傳感器和轉(zhuǎn)換器組成，傳感器將測量參數(shù)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成多路傳輸設(shè)備輸入端信號(hào)。如：雨量傳感器：遙感儀可接入翻斗式雨量計(jì)，通過雙穩(wěn)態(tài)開關(guān)量輸出或單開關(guān)脈沖輸出；水位傳感器：遙感儀可接入BCD編碼并行水位計(jì)或余三反射編碼的并行水位計(jì)。傳輸設(shè)備是接收多路通信設(shè)備，用電通信方式將模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不失真地傳到終端。終端設(shè)備通過接收并對信號(hào)進(jìn)行記錄、顯示、處理、存儲(chǔ)，獲得結(jié)果數(shù)據(jù)。

電臺(tái)是遙測系統(tǒng)設(shè)備中的一個(gè)重要部分，不管是測站遙測儀，還是中繼機(jī)，它們之間的數(shù)據(jù)都通過電臺(tái)來發(fā)送和接收。遙測儀或中繼機(jī)上存貯的實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)，經(jīng)過測站板或中繼板電路的編碼、調(diào)制及適當(dāng)?shù)目垢蓴_、同步、檢糾錯(cuò)措施，形成一個(gè)電臺(tái)可接收的信息送至電臺(tái)，由電臺(tái)內(nèi)部電子設(shè)備經(jīng)過移頻、調(diào)制之后，經(jīng)天線以電磁波的形式發(fā)送到空間；電臺(tái)的接收部分經(jīng)過無線把電磁波信號(hào)濾波放大，經(jīng)過鑒頻和解調(diào)電路得到所需適時(shí)信號(hào)，然后送到終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)由遠(yuǎn)中近三層遙測分布監(jiān)測雨水情況。遠(yuǎn)層95個(gè)遙測站做到對上、下游雨水情的預(yù)報(bào)；中層75個(gè)遙測站做到各支流進(jìn)庫和下游河道雨水情活動(dòng)情況；近層35個(gè)遙測站做到庫區(qū)水位狀況變化。三層遙測保證了技術(shù)數(shù)據(jù)可靠不失真地傳輸?shù)街行恼?；為水庫防洪調(diào)度、庫容調(diào)節(jié)提供準(zhǔn)確可靠的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

3）8個(gè)中繼站設(shè)在各大水文站和上游各個(gè)水庫，將收集到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳送。

4 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)完善后情況

冊田水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)建立以來，大大增加信息的可靠性和極大地發(fā)揮防洪工程的效益。自動(dòng)化方面各遙測站，能自動(dòng)采集實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)，自動(dòng)及時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)往中心站，數(shù)據(jù)精度滿足規(guī)范要求；中心站每臺(tái)微機(jī)對前置機(jī)中的雨水情數(shù)據(jù)有隨時(shí)、定時(shí)采集功能，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行輸入、檢索、修改、顯示、打??；智能化方面有實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)軟件，根據(jù)系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)入庫流量合格率90%以上，并具有水位越線報(bào)警以及提供控制調(diào)度方案等功能；檔案化方面能將流域內(nèi)各測站的水文資料以及控制調(diào)度方案、設(shè)備工作狀況等有關(guān)資料按有關(guān)規(guī)定整理歸檔。通過水情自動(dòng)測報(bào)分析對水庫調(diào)洪演算、水庫調(diào)度方案和防洪預(yù)案的編制起到了決定性作用。

冊田水庫地理位置重要，它關(guān)系著官廳水庫和首都北京的防洪安全，因此，準(zhǔn)確及時(shí)地對洪水預(yù)報(bào)是防洪決策的重要科學(xué)依據(jù)，根據(jù)洪水預(yù)報(bào)可以事先控制水庫的泄洪攔洪、消減洪峰、下游洪水錯(cuò)峰等合理調(diào)度運(yùn)用水庫所具有的防洪效益。根據(jù)洪水預(yù)報(bào)可以事先組織群眾逃洪避險(xiǎn)，轉(zhuǎn)移財(cái)物，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，同時(shí)可以組織搶險(xiǎn)隊(duì)伍防洪搶險(xiǎn)，加固險(xiǎn)段，防止水庫潰決和漫溢，保障水庫安全，事關(guān)防汛大局。

雖然冊田水庫設(shè)置了水、雨情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，只是對水庫水、雨情況進(jìn)行了監(jiān)控，但對水庫的自動(dòng)控制、水資源管理還有待在軟硬件上進(jìn)行改進(jìn)。因此，完善冊田水庫水情全自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)還有待提高。為水庫工程進(jìn)行全面可靠控制，減少洪災(zāi)損失，充分發(fā)揮水庫供水、防洪和調(diào)度的工程效益。

5 結(jié)語

有水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和處理自動(dòng)化，準(zhǔn)確及時(shí)地提供水文資料數(shù)據(jù)，大大方便了水庫管理工作，為水庫的調(diào)度、防洪、工農(nóng)業(yè)供水提供了精確可靠的科學(xué)依據(jù)。而水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)是否可靠和靈敏，在一定程度上決定了防汛工作的成敗。所以說水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)是防汛指揮系統(tǒng)神經(jīng)樞紐，承擔(dān)著上情下達(dá)，下情上報(bào)的重要任務(wù)，只有信息暢通無阻，準(zhǔn)確掌握汛情，才能指揮自如，調(diào)度及時(shí)，除害興利，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障下游人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。