安徽銅陵市小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)研究

陳 璞

(安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學(xué)研究院，合肥 230000)

1 概 述

水庫工程建設(shè)可促進當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境條件。因此，我國修建了大量的水庫工程。但多數(shù)水庫已經(jīng)建成使用多年，自然、氣象環(huán)境也有所改變。水情對水庫工程的穩(wěn)定性影響較大，對水庫雨水情進行監(jiān)測可為險情預(yù)警預(yù)報提供依據(jù)。傳統(tǒng)的手段采用人工收集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從傳輸?shù)教幚硇枰馁M一定的時間，不利于信息及時分析以及險情預(yù)警、預(yù)告信息的及時發(fā)布[1-4]。自動化水情監(jiān)測技術(shù)是基于計算機、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展而形成的一種新的雨水情監(jiān)測手段，利用通訊技術(shù)將現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)及時傳輸至服務(wù)中心，利用計算機技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理、分析、存儲、共享等功能，從而提高工作效率[5-8]。

銅陵市位于安徽省中南部，屬于長江流域。全市范圍內(nèi)現(xiàn)有166座水庫，目前銅陵市已經(jīng)實現(xiàn)65座水庫的自動測報系統(tǒng)建設(shè)。其中，4座水庫僅實現(xiàn)雨量監(jiān)測，61座水庫實現(xiàn)水位監(jiān)測。

2 系統(tǒng)總體框架

小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)主要是為了完成各小型水庫雨水情信息的自動化采集、傳輸、分析。各水庫的自動測報站點核心是RTU遙測終端，并配置相關(guān)的設(shè)備，以滿足終端運行、數(shù)據(jù)收集等功能的要求。系統(tǒng)總體框架及數(shù)據(jù)流向見圖1。

圖1 銅陵市小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)總體框架

3 信息傳輸及交換方案

3.1 信息傳輸技術(shù)方案

信息接收地點位于安徽省水利數(shù)據(jù)中心，新建設(shè)的水庫自動監(jiān)測站采用集總接收模式。監(jiān)測站與省水利中心之間主要采用無線公網(wǎng)模式進行通信，當(dāng)無線公網(wǎng)無法覆蓋時，考慮采用衛(wèi)星通訊等方式完成數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 信息交換方案

3.2.1 實時信息交換

實時信息收集后，可通過水利部信息中心完成數(shù)據(jù)的交換、共享；各地區(qū)可通過信息中心獲取所需的數(shù)據(jù)。

3.2.2 基礎(chǔ)信息交換

1) 標(biāo)準(zhǔn)類基礎(chǔ)信息交換。安徽省水利廳首先從水利工程數(shù)據(jù)庫中獲取所需要的信息，將該信息存儲于水利數(shù)據(jù)中心“標(biāo)準(zhǔn)庫”內(nèi)。之后，通過信息交換軟件可將所需信息共享至省水情中心服務(wù)器。

2) 非標(biāo)準(zhǔn)類信息交換：①遙測管理信息。根據(jù)站類、監(jiān)測要素等實際數(shù)據(jù)信息情況，填報所需的信息(非標(biāo)準(zhǔn)信息)，這類信息無法與水利部信息中心的軟件實現(xiàn)交換，因此需要利用信息維護模塊寫入省水利廳“標(biāo)準(zhǔn)庫”中。②小型水庫泄流曲線信息?？赏ㄟ^調(diào)用水利部數(shù)據(jù)中心的信息抽取服務(wù)功能，獲取所需信息，將信息傳輸至接收端的自建表中，作為下泄流量所用。

銅陵市小型水庫自動測報系統(tǒng)實時&基礎(chǔ)信息傳輸交換流程圖見圖2。

圖2 銅陵市小型水庫自動測報系統(tǒng)實時&基礎(chǔ)信息傳輸交換流程圖

4 站點布設(shè)方案

4.1 總體要求

4.1.1 站點位置選擇

站點位置選取河岸順直、不易淤積、不易改道、水位具備代表性的位置。采用浮子水位計應(yīng)當(dāng)避免置于放水涵閘等水工建筑物的泄流紊流區(qū)域。若無法避開紊流區(qū)域，可通過采取建設(shè)L形聯(lián)通管等手段，避開泄流紊流區(qū)。

在水位監(jiān)測點應(yīng)增加水尺樁或直讀式水尺，以便于現(xiàn)場直接觀測水位。在水尺樁處設(shè)置2個校核點，以保證其測量的精確度。站點建設(shè)完成后，需布置相關(guān)的安全警示標(biāo)志。

4.1.2 雨量站建設(shè)

雨量站位置選取時，需保證設(shè)備周邊20.0 m內(nèi)無高桿、樹木等，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。雨量站布置需結(jié)合水文、氣象、地方已建雨量測報站進行綜合考慮，可根據(jù)實際情況酌情建設(shè)。雨量站采用0.5 mm翻斗式雨量計，儀器安裝需要滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.2 斷面勘測

斷面勘測是保證水位測量高程確定的基礎(chǔ)條件。對于水庫來講，斷面勘測與河道斷面勘測不同。在水庫水位監(jiān)測站斷面勘測中，更側(cè)重于對監(jiān)測井位置、放水涵閘閘底、既有水庫大壩壩頂、溢洪道堰頂和水庫特征水位之間關(guān)系進行量測、分析。水庫水位監(jiān)測系統(tǒng)斷面勘測軌跡主要可分為以下兩種情況：

1) 當(dāng)井管依附在放水涵閘等水工放水構(gòu)筑物時，斷面勘測示意圖見圖3。斷面勘測跡線沿著放水棧橋方向，勘測時量測壩頂、溢洪道堰頂、放水涵底等位置的高程，并標(biāo)注區(qū)域的歷史最低水位、死水位。當(dāng)放水涵沒有設(shè)置棧橋時，勘測跡線為以井管位置與大壩軸線垂直投影。

圖3 依附式斷面勘測示意圖

2) 當(dāng)水庫需新建棧橋時，可直接以棧橋方向為勘測跡線，見圖4。當(dāng)斷面跡線與大壩軸線沒有相交時，仍需要在圖中標(biāo)注與1)中相同的數(shù)據(jù)。

圖4 棧橋式斷面勘測示意圖

4.3 量程要求

雨水情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)是為防洪、干旱評價提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。因此，水位監(jiān)測系統(tǒng)的量程需滿足防洪需求，也需滿足干旱評價需求。因此，量程最低可測水位應(yīng)為死水位以下0.1～1.0 m。若死水位高于歷史最低水位時，則可測水位需低于歷史最低水位以下0.1 m?？蓽y最高水位需高于壩頂0.2 m以上。

采用浮子式水位計時，循環(huán)鋼繩長度應(yīng)滿足最低可測水位浮子不擱淺；最高可測水位時平衡錘不擱淺。見圖5。浮子與平衡錘之間循環(huán)鋼繩長度按下式計算：

圖5 浮子與平衡錘安裝示意圖

L=H+2h+0.3

(1)

式中：L為循環(huán)鋼繩長度；H為最低可測水位至地坪高度；h為地坪至儀器頂高度。

4.4 水準(zhǔn)點埋設(shè)

水準(zhǔn)點的埋設(shè)是確定人工觀測水尺零點高程的依據(jù)。因此，考慮水準(zhǔn)點埋設(shè)位置應(yīng)高于歷史最高水位以上0.5 m，水準(zhǔn)點應(yīng)置于地下一定深度范圍內(nèi)。為了保證水準(zhǔn)點的穩(wěn)定、堅固、耐用性，也可采用灌注法將水準(zhǔn)點標(biāo)識置于巖石層或者永久性建筑物上。見圖6。

圖6 水準(zhǔn)點埋設(shè)要求示意圖

4.5 人工觀測設(shè)施

人工觀測設(shè)施是水位自動測報必不可少的裝置，主要由觀測水尺、觀測道路等組成。人工觀測尺需能觀測水庫最高與最低水位，觀測尺可采用標(biāo)注水庫各特征水位不銹鋼板。人工觀測可采用直讀式和立樁式兩種方法。當(dāng)采用立樁式觀測時，同組的基本水尺應(yīng)置于同一斷面。當(dāng)?shù)匦蜗拗茻o法位于同一斷面時，上下游水尺間同時刻的水位差不應(yīng)超過1 cm。鄰觀測水尺之間重疊0.1～0.2 m，底座采用C20混凝土現(xiàn)澆基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

安徽銅陵市小型水庫數(shù)量多，分布較為零散，人工收集雨水情數(shù)據(jù)工作強度大、難度高。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，雨水情自動化建設(shè)系統(tǒng)建設(shè)成為可能。銅陵市水庫雨水情監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)需與省水利數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)形成整體，完成多個水文系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合，提高數(shù)據(jù)的利用率。通過現(xiàn)場布設(shè)適宜的雨水情監(jiān)測站，可將觀測數(shù)據(jù)快速傳輸至中心，為預(yù)測、預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)。