水情自動測報系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

黃鐘云

摘 要：我國是洪澇災(zāi)害十分嚴重的國家，幅員遼闊的土地又承載著十四億人口，所以，加強水情測報工作，研發(fā)和利用先進的水情測報系統(tǒng)，提高防汛工作質(zhì)量和效率具有重要的現(xiàn)實意義。我國十分重視水情測報系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，文章將簡要分析。

關(guān)鍵詞：水情測報系統(tǒng)；研究應(yīng)用；發(fā)展概況；站網(wǎng)布設(shè)

中圖分類號：P338 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0167-02

Abstract： China is a country with very serious flood and waterlogging disasters， and its vast land is carrying a population of 1.4 billion. Therefore， it is necessary to strengthen the work of hydrological monitoring and reporting， and to develop and utilize advanced hydrological monitoring and reporting systems. It is of great practical significance to improve the quality and efficiency of flood control work. Our country attaches great importance to the research and application of hydrologic monitoring and reporting system， thus this paper will make a brief analysis of it.

Keywords： hydrologic monitoring and reporting system； research and application； general situation of development； layout of station network

1 水情自動測報系統(tǒng)對水電站運行的有利影響

水情測系統(tǒng)，是一項高度融合了水文、遙感、電子、通信、傳感器、計算機等多種學(xué)科為一體的新興技術(shù)手段，用于水文信息實時采集、傳送和處理，可以及時的為水情測量和預(yù)報、水資源合理調(diào)配和利用、防洪調(diào)度工作等發(fā)揮重要作用，是一項利國利民的重要技術(shù)。我國的很多水電站也建設(shè)安裝了水情自動測報系統(tǒng)，形成了電網(wǎng)管理和水資源調(diào)配相結(jié)合的電網(wǎng)水調(diào)自動化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)電網(wǎng)、水電廠水情數(shù)據(jù)的自動采集、監(jiān)控、分析處理，為整個區(qū)域的水、火、電優(yōu)化調(diào)度，和區(qū)域內(nèi)的水庫、河流等水資源的調(diào)配使用提供了有效的參考，并且為水電廠的發(fā)電、防洪渡汛提供及時準確的信息，利于防汛，可見，水電站中水情自動測報系統(tǒng)的運用，是提高水電站綜合運行效果、增強管理效率、保障電網(wǎng)安全，提高防汛工作質(zhì)量重要手段，極大的提高了水電站的經(jīng)濟效益和社會效益。水情測報系統(tǒng)是一個非土建工程性的防洪工程，建設(shè)周期短，成本投入不高，效果明顯，我國應(yīng)深化研究，積極建設(shè)和推廣運用。

2 我國水情測報系統(tǒng)的發(fā)展概況和發(fā)展方向

我國于上世紀七十年代中期開始在一些水庫實驗應(yīng)用，建成一些初級性的水情測報系統(tǒng)，經(jīng)過十年發(fā)展，八十年代中期建成了不少具有本國特色的水情測報系統(tǒng)，并且確立了自己的技術(shù)基礎(chǔ)。1983年，我國開始研發(fā)黃龍灘水情遙測和洪水預(yù)報、防洪調(diào)度自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)于1986年正式投入使用，并成為國產(chǎn)化正規(guī)系統(tǒng)，對以后我國國產(chǎn)水情測報系統(tǒng)的研究開發(fā)與應(yīng)用產(chǎn)生了重要的影響。九十年代，我國的水情測報技術(shù)進入了高速發(fā)展時期，天生橋、沿灘、五強溪書店廠等建成和投入使用了大型的水情側(cè)報系統(tǒng)，近年來，得益于遙感技術(shù)、無線通信技術(shù)在水情測報工作上的迅速發(fā)展和應(yīng)用，我國水情測報系統(tǒng)發(fā)展十分迅速并不斷完善，未來我國的水情自動測報系統(tǒng)，將向更加智能化、自動化、高精度化發(fā)展，衛(wèi)星遙感、雷達測雨、GPS技術(shù)將更加融合的運用于系統(tǒng)，以提高測報的精度和速度，水情測報的相關(guān)技術(shù)將更加專業(yè)化、商品化，以推進技術(shù)的大范圍推廣和應(yīng)用，將研發(fā)更加經(jīng)濟可靠的水情采集傳感器，完善和解決水情測報系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)問題，并加強水情測報系統(tǒng)整體開發(fā)的綜合化管理，提高系統(tǒng)運行和維護的經(jīng)濟性，促進水情測報系統(tǒng)的長期運用和推廣。

3 水情自動測報系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)

水情自動測報系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)應(yīng)全面、及時、實時的反映流域內(nèi)的雨、水情的變化，滿足洪水預(yù)報調(diào)度的需求，利于通信組網(wǎng)，便于系統(tǒng)的管理、運行和維護，與防汛站網(wǎng)積極配合，共同促進防汛工作的進行和水資源的調(diào)配利用。水情自動測報系統(tǒng)的站網(wǎng)，應(yīng)在充分研究江河流域的基本情況、水文、水位站的控制面積、河流的長度、水庫的面積、會留時間、各水文、水位站之間的基本情況、信息的傳播時間等，結(jié)合水站的功能、特點進行水情自動測報系統(tǒng)的規(guī)劃布局和建設(shè)，比如在水庫壩上、壩下、庫區(qū)、入庫處建立水情自動測報站，建立主河道控制站等。

水量站點的設(shè)置十分重要。水位、水溫、水流速、降雨量、水流量蒸發(fā)量等重要的水文參數(shù)，雨量站點的布設(shè)對相關(guān)參數(shù)的采集和計算的速度和精度十分重要。當(dāng)前，雨量站點布設(shè)主要采用抽站法作面雨量的對比分析，采用AIP模型計算洪峰流量的誤差分析，以進行合理的站網(wǎng)布設(shè)規(guī)劃。據(jù)統(tǒng)計，我國的站網(wǎng)密度一般為在（250～600）km2/站，密度隨控制流域面積的大小而相應(yīng)增減。

4 水情自動測報系統(tǒng)的硬件選型

水情自動測報系統(tǒng)的測報主要是遙測實現(xiàn)的，遙測站主要是雨量站和水位站，分別用于反映流域內(nèi)的雨晴時空變化和水位變化過程的，所以，水情自動測報站網(wǎng)系統(tǒng)主要是由雨量站、水位站、水文站、中心站構(gòu)成的，各個部分聯(lián)合，形成一個信息采集通信網(wǎng)，一個水情自動測報系統(tǒng)至少要有一個中心站和若干個遙測站組成。其基本的運行路徑就是：系統(tǒng)硬件安裝調(diào)試完成——遙測站開始進行工作，遙測雨情數(shù)據(jù)的采集、分析雨整理——利用得到的雨情數(shù)據(jù)進行水情預(yù)報，比如防汛預(yù)警——利用接收到的預(yù)報信息指導(dǎo)各方調(diào)度開展相關(guān)工作。所以，遙測站的建設(shè)是重中之重。完整的遙測站由雨量傳感器、數(shù)傳儀、感應(yīng)式數(shù)字傳感器、太陽能電池板、蓄電池組、衛(wèi)星終端及天線等基本硬件組成。中心站大多采用局域網(wǎng)系統(tǒng)、自報制制式，硬件部分主要由前置機、工作站、服務(wù)器組成。前置機將接收、處理的數(shù)據(jù)共享給工作站進行水情預(yù)報，服務(wù)器用于數(shù)據(jù)的管理和存儲。

5 水情自動測報系統(tǒng)的通信方式選擇

水情自動測報系統(tǒng)大多建于交通不便、地理氣候環(huán)境較為惡劣的地方，且站點很多，為了提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量，大多采用無線通信傳輸。早期采用的是較低無線電頻段（30～100MzH）的模擬信號通信，后來采用較高頻段（100～400MHz）數(shù)據(jù)通信方式，屬于VHF/UHF超短波段范圍。目前，我國的水情自動測報系統(tǒng)絕大部分采用超短波無線數(shù)據(jù)傳播的，并且通過合理的建設(shè)中繼站，組成一定的超短波通信網(wǎng)進行傳輸，提高遙測信息的收集、傳輸速度和質(zhì)量。國外有些國家公用電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)達，常采用有線通信，美國是唯一一個利用流星余跡進行水情數(shù)據(jù)傳輸?shù)膰?。我國的某些行政單位已?jīng)能實現(xiàn)利用地面微波通信，水情通信在這方面正在抓緊研究。

我國的超短波通信中，為了提高通信質(zhì)量建設(shè)了很多中繼站，中繼站用于識別和接收遙測信號，通過模擬或再生轉(zhuǎn)發(fā)，可根據(jù)數(shù)據(jù)類型、形式、中繼方式等進行多種方式的中繼站設(shè)計，能顯示數(shù)據(jù)，具有自檢、欠壓、故障預(yù)警功能。超短波通信的制式主要有應(yīng)答式和自報式，我國水情自動測報系統(tǒng)主要采用的自報式。水情自動測報系統(tǒng)的中樞——中心站的相關(guān)功能和工作原理跟中繼站十分類似，在數(shù)據(jù)交換、實時監(jiān)測方面發(fā)揮著重要作用。

6 水情自動測報系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

水情自動測報系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的重要組成部分，軟件系統(tǒng)主要由5個子系統(tǒng)組成：總數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)、雨水情信息采集子系統(tǒng)、洪水預(yù)報子系統(tǒng)、調(diào)度子系統(tǒng)、信息查詢子系統(tǒng)。雨水情信息采集子系統(tǒng)，顧名思義主要是雨水情信息的自動采集和規(guī)范寫入及相關(guān)的數(shù)據(jù)管理，是整個管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)；洪水預(yù)報子系統(tǒng)根據(jù)雨水情信息采集系統(tǒng)采集到的雨量、水量、水位、蒸發(fā)量、水流速、水流量等信息，對未來的洪水量、洪峰產(chǎn)生時間進行預(yù)測，與氣象站相連，分析和預(yù)測未來的晴雨變化，發(fā)出警報，便于雨情調(diào)度子系統(tǒng)發(fā)生作用，對洪水進行人工預(yù)防和干預(yù)；查詢系統(tǒng)可以對系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行查詢。

水情分析中，制作水文模型十分重要。水文模型主要通過數(shù)學(xué)模型制作，根據(jù)描述水文現(xiàn)象基本規(guī)律或隨機規(guī)律，水文模型分為確定型模型和隨機型模型。以流域為對象的屬確定型，以流域水文模型，輸入降雨量和蒸發(fā)量，輸出斷面流量，通過數(shù)學(xué)模型對降雨徑流的水文過程進行數(shù)學(xué)模擬，實現(xiàn)雨水情分析。流域水文模型包含模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)。

目前我國水情自動測報系統(tǒng)采用的預(yù)報方法為降雨徑流預(yù)報法，在模型的制作中，受實際流域降雨的變化影響，模型要經(jīng)常進行修正，減少誤差。

洪水調(diào)度子系統(tǒng)，是根據(jù)前面幾個環(huán)節(jié)分析的結(jié)果進行洪水相關(guān)干預(yù)的，調(diào)度時，要特別注意庫區(qū)淹沒點的水情、水庫、壩下防洪關(guān)鍵點、庫區(qū)周邊社會經(jīng)濟情況，根據(jù)綜合評估、分析，做出科學(xué)、全面的綜合防洪預(yù)案。調(diào)度系統(tǒng)是一個動態(tài)的過程，可通過制作調(diào)度模型進行決策參考，直觀掌握和控制調(diào)度的綜合情況和調(diào)度過程，提高決策的及時性、科學(xué)性。

7 結(jié)束語

我國是洪澇災(zāi)害多發(fā)國家，并且地域廣闊，人口分布區(qū)域較多，加強防洪防汛工作是保障人民生命財產(chǎn)安全的大事。水情自動測報系統(tǒng)是現(xiàn)代化的先進系統(tǒng)，融合多項技術(shù)應(yīng)用于水情的采集、預(yù)警、管理、調(diào)度等，對促進防汛工作具有重大意義。文章簡要梳理了我國水情自動測報系統(tǒng)的發(fā)展概況及發(fā)展方向，探討了水情自動測報系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)、主要硬件設(shè)施、軟件設(shè)施、通信方式等，為全面的推廣研究應(yīng)用水情自動測報系統(tǒng)提供了有益的參考和啟示，文章的研究具有一定價值和意義。

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