淺談水雨情自動測報系統(tǒng)的建設

羅賢根

摘 ? 要：株樹橋水庫水雨情自動測報系統(tǒng)的建設，完善原有的水雨情自動測報系統(tǒng)，并與新建系統(tǒng)無縫對接，實現(xiàn)水庫庫區(qū)的全方位立體監(jiān)測，實現(xiàn)水位、雨量、流量及圖像信息采集、處理、分析和診斷，及時獲取監(jiān)測區(qū)域的水文、水情等相關信息，提高了災害預防和預警能力，為水庫優(yōu)化調度方案精細化管理提供強有力保障，確保了水庫的安全運行和安全度汛。

關鍵詞：株樹橋水庫 ?水雨情自動測報系統(tǒng) ?建設

中圖分類號：TP311.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（a）-0107-02

1 ?概況

株樹橋水庫位于瀏陽河支流小溪河的下游，位于高坪鎮(zhèn)株樹橋村，下距瀏陽市城區(qū)30km，是一座以供水為主，兼有防洪、發(fā)電、生態(tài)和灌溉綜合效益的大（Ⅱ）型水利工程，水庫總庫容2.78億m3，興利庫容1.905億m3，正常庫容2.29億m3，庫容系數(shù)0.34，屬多年調節(jié)水庫。校核水位169.31m，設計洪水位165.11m，水庫正常蓄水位165.00m，死水位136.00m。壩址控制流域面積564km2。

2 ?建設重要性

株樹橋水庫壩址以上流域降雨量較大，暴雨發(fā)生頻繁，暴雨強度大，時間長，庫水位上升快，洪水對水庫下游威脅大。因此建立一個質量可靠，性能穩(wěn)定的水情自動測報系統(tǒng)，準確、實時地采集水情信息，對水庫防汛調度是非常重要的。

2000年株樹橋水庫委托南京水利科學院建成水情自動測報系統(tǒng)，涉及水位、雨量等內容。2007年安排中南水電勘察設計院對水情自動測報系統(tǒng)進行了維修，更換了分中心與壩前站的設備。2017年長沙市水務局統(tǒng)一建設全市水庫信息化系統(tǒng)，涉及水情監(jiān)測等內容。現(xiàn)有水情自動測報系統(tǒng)和水務信息化系統(tǒng)沒有對接且水雨情站點布局不大合理等。

3 ?建設內容

3.1 建設任務

自動采集、傳輸和處理實時的水情信息，通過水文預報，為工程的防洪調度、水資源的合理利用提供決策依據(jù)。遙測站自動采集、存儲并向水庫中控室機房傳輸水文數(shù)據(jù);并通過中控室布設服務器進行數(shù)據(jù)存儲交換，利用現(xiàn)有的水利專網(wǎng)對接到瀏陽市防辦管理機房，從而實現(xiàn)市防辦與水庫中控室數(shù)據(jù)共享;長沙市防辦與省水情中心也可通過水利專網(wǎng)實現(xiàn)與水庫中控室機房的數(shù)據(jù)共享。

系統(tǒng)建設任務包括遙測站的數(shù)據(jù)自動采集、傳輸，水庫管理局新建監(jiān)測站數(shù)據(jù)接收與處理，原有測站的數(shù)據(jù)接入、處理，相關軟件的開發(fā)，系統(tǒng)土建工程和相關技術培訓等。

3.2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)分為設備層、采集層、水庫中控室機房、瀏陽市防辦、長沙市防辦、省水情中心。設備層由雨量計、水位計、流速儀等傳感器組成。采集層由遙測單元RTU及供電系統(tǒng)組成。遙測終端RTU控制箱安裝在室外，采用室外立桿一體式集成安裝，要求RTU具備一站雙發(fā)功能;水庫中控室機房由計算機和水庫洪水預報與調度系統(tǒng)的相關軟件組成，安裝在水庫中控室機房內，RTU與水庫中控室機房之間采用GPRS/CDMA無線方式組網(wǎng)實現(xiàn)通訊連接，設置固定IP地址。

本次設計充分考慮原有7處監(jiān)測站點系統(tǒng)集成，將原有的監(jiān)測站點與新建的監(jiān)測站無縫融合，將原有的數(shù)據(jù)及新建站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一納入到新建的洪水預報及調度系統(tǒng)之中，通過對所有測站的數(shù)據(jù)進行全面綜合分析及運算處理，從而為防洪調度提供數(shù)據(jù)參考?？紤]到原有監(jiān)測站點的軟、硬件設備已很難與現(xiàn)有新建系統(tǒng)軟、硬件設備相匹配兼容，更換原有站點的遙測終端機，采用本次設計同一類型的遙測終端機設備，從而使原有測站能有效地融入新建系統(tǒng)平臺之中，充分發(fā)揮其應有的作用。

3.3 系統(tǒng)功能和特點

（1）一體化結構，體積小，無需集成，安裝簡便;

（2）雨量計分辨率0.5mm，采用增量控制、定時控制兩種數(shù)據(jù)發(fā)送觸發(fā)機制;

（3）具有大容量FLASH存儲，雨量數(shù)據(jù)可以存儲5年;

（4）采用太陽能供電方式，極低功耗控制，在無日照情況下，能正常工作3個月;

（5）支持多中心工作模式，遙測站可向多達4個中心站發(fā)送數(shù)據(jù)，每個中心擁有兩種通信信道且互為備份;

（6）支持掉電、休眠、永久在線三種電源管理模式，可實現(xiàn)低功耗工作模式下的雙向通信;

（7）支持遠程喚醒，響應中心命令。在監(jiān)測站休眠狀態(tài)下，中心可以隨時喚醒監(jiān)測站進行數(shù)據(jù)采集、讀取任意時段自記數(shù)據(jù)或修改監(jiān)測站配置信息等工作;

（8）可實現(xiàn)對設備電源電壓及工作環(huán)境溫度及系統(tǒng)狀態(tài)信息的實時監(jiān)測。

3.4 遙測站網(wǎng)布設

根據(jù)SL34-2013《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術導則》的要求，以及株樹橋水庫壩址以上流域河流水系分布情況，結合水庫位于山區(qū)，流域內水雨情復雜多變的實際情況，株樹橋水庫水情自動測報系統(tǒng)在原有站點的基礎上增加設立7個遙測站，監(jiān)測流域內降雨量和水庫上下游水位。監(jiān)測雨量的目的是為了了解流域內雨量的分布，不但數(shù)量合理，其布設位置要根據(jù)地形地貌、通信方式和信號強度的要求合理布置，滿足實時洪水預報精度的要求。

水情自動測報系統(tǒng)由中心站和遙測站組成，本系統(tǒng)依據(jù)株樹橋水庫壩址以上流域控制集雨面積確定其站點布設。水雨情信息傳輸采用GPRS/CDMA無線傳輸方式?？紤]到株樹橋水庫實際情況，本次設計將在原有的7個雨量監(jiān)測站基礎上新增7處雨量監(jiān)測站，4處水位流量監(jiān)測站;新建的水位流量監(jiān)測站各設立一套直立式水尺和一套圖像監(jiān)控站，人工觀測下游水位。各遙測站的信息，通過自動采集、存儲后，按自報方式自動報送到水庫壩區(qū)中控室機房，經(jīng)處理后存入實時數(shù)據(jù)庫，由計算機系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，水雨情信息在水庫中控室通過水利專網(wǎng)傳輸至瀏陽市防辦、長沙市防辦及省水情中心。

3.5 系統(tǒng)功能要求

系統(tǒng)工作制式：自報、自報-確認和查詢—應答式三種工作體制混合組網(wǎng)。各采集參數(shù)具有獨立的工作模式。能實時采集水位、雨量以及其他相關數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、分析檢錯和預處理。

系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)能自動寫入數(shù)據(jù)庫，并按中控室機房的要求自動寫入相應數(shù)據(jù)庫庫表。

系統(tǒng)具有可擴展性和通用性，用戶可以方便地增加測站數(shù)量、接入各類傳感器和通信設備，并預留與上級管理部門的接口。系統(tǒng)具有人工置數(shù)功能，數(shù)據(jù)接收具有確認機制。

保護措施：所有輸入輸出引線都需采取多級隔離、吸收措施，最大限度地避免雷擊等過電壓過電流對遙測終端機的破壞。

各項設備要符合結構簡單、可靠、低功耗原則，保證野外站能在無人值守的條件下正常工作。為適應系統(tǒng)野外工作條件，選擇的設備應具有較高的性能指標。系統(tǒng)可與上級管理部門及防汛指揮系統(tǒng)連接，為上級防汛指揮提供依據(jù)。

3.6 系統(tǒng)工作體制選擇

采用混合式的工作體制，對人工置數(shù)信息有反饋確認的功能。設計本系統(tǒng)的工作體制如下：遙測站點采用自報式工作體制，同時支持查詢—應答方式，在約定的時間內主動開機，中心站可在這段時間內對遙測站進行設置、校時等參數(shù)的修改，使遙測站臺能夠自動或根據(jù)中心站指令，在暴雨、水位陡漲或達到警戒水位情況下，主動增加傳送數(shù)據(jù)頻度。

水文信息采集及監(jiān)測時間間隔采用5min一次，水文信息通信及報訊時段采用24段制，整點傳送數(shù)據(jù)。

4 ?結語

株樹橋水庫通過建立了一個質量可靠、性能穩(wěn)定、信息無縫對接的水情自動測報系統(tǒng)，能準確及時地采集雨量信息，為水庫優(yōu)化調度方案精細化管理提供了強有力保障，能確保水庫安全運行和安全度汛。提高了災害預防和預警能力，發(fā)揮了經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 《水電工程水情自動測報系統(tǒng)技術規(guī)范》NB/T 35003-2013[Z].

[2] 《水情自動測報系統(tǒng)技術條件》DL/T 1085-2008[Z].

[3] 《水文自動測報系統(tǒng)技術規(guī)范》SL61-2015[Z].