水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水庫防汛調(diào)度中的應(yīng)用分析

任中杰 朱家潤(rùn) 蔡文生

江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局，中國(guó)·江蘇 徐州 221000

1 引言

洪澇災(zāi)害是威脅人們生命財(cái)產(chǎn)安全的主要因素，只有加強(qiáng)對(duì)防汛調(diào)度工作的重視，才能做好充足的準(zhǔn)備，降低災(zāi)害對(duì)社會(huì)的影響，最大限度減少災(zāi)害中的損失，以防止造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。近年來，中國(guó)社會(huì)發(fā)展速度加快，對(duì)水庫防汛調(diào)度工作提出了更高的要求，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工作方法和理念，以確保防汛調(diào)度的實(shí)效性，降低水庫運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定發(fā)展。對(duì)于水文狀況的全面分析和預(yù)測(cè)，是做好防汛調(diào)度工作的基礎(chǔ)與前提。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以獲得更加全面而可靠的水文信息，以強(qiáng)化對(duì)洪澇災(zāi)害的管控效果。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)涉及多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在實(shí)踐應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)具體環(huán)境狀況制定合理的防汛調(diào)度方案及計(jì)劃，從而充分發(fā)揮系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)。

2 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的基本組成

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要由中心站、遙測(cè)站和中繼站構(gòu)成。對(duì)于水文數(shù)據(jù)的接收需要依賴于中心站，進(jìn)而滿足數(shù)據(jù)的顯示和打印需求。當(dāng)水位值超出設(shè)定的閾值后，中心站能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，提高防汛調(diào)度人員及時(shí)采取有效控制措施，以防止造成更大的事故。借助中心站可以對(duì)遙測(cè)站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，從而避免設(shè)備故障問題而影響系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。此外，在數(shù)據(jù)交換和通信、聯(lián)機(jī)調(diào)度等工作中，也需要依靠中心站來完成。計(jì)算機(jī)、前置機(jī)、調(diào)制解調(diào)器和電源及其控制器、通信電臺(tái)等共同組成中心站[1]。對(duì)于各類水文信息的采集則依靠遙測(cè)站，確保水文、雨量和水溫信息的可靠性，滿足中心站的數(shù)據(jù)信息需求。當(dāng)電源出現(xiàn)欠壓的情況時(shí)，遙測(cè)站能夠自動(dòng)發(fā)出警報(bào)信息。傳感器、電臺(tái)、編碼器和終端機(jī)等共同組成遙測(cè)站，發(fā)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)碼轉(zhuǎn)換模塊、人工置數(shù)模塊等是遙測(cè)站的主要軟件模塊。在中心站和遙測(cè)站的信息交互中依賴于中繼站實(shí)現(xiàn)，能夠防止信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸造成的質(zhì)量下降或者無法接受問題，包括了存貯中繼機(jī)、模擬中繼機(jī)和數(shù)字中繼機(jī)、避雷設(shè)施和通訊機(jī)等，提高信號(hào)傳輸效果，圖1為水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)拓?fù)鋱D。

圖1 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水庫防汛調(diào)度中的應(yīng)用措施

3.1 站點(diǎn)布設(shè)

站點(diǎn)布設(shè)是決定水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行成效的關(guān)鍵，因此應(yīng)該確保布設(shè)的合理性及科學(xué)性，以獲得更加可靠的水文信息，滿足防汛調(diào)度的實(shí)際要求。根據(jù)本區(qū)域的氣候特點(diǎn)和地形地貌、河流數(shù)量及分布狀況等設(shè)置站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全區(qū)域的有效覆蓋，防止出現(xiàn)監(jiān)測(cè)盲區(qū)[2]。通訊質(zhì)量會(huì)對(duì)信息的傳輸造成影響，因此在設(shè)置站點(diǎn)時(shí)也應(yīng)該考慮到多種外界因素對(duì)通訊質(zhì)量的影響，從而加快信息傳遞和共享。特別是在地形十分復(fù)雜的情況下，信號(hào)傳輸會(huì)受到較大的干擾，應(yīng)該確保接收天線和發(fā)射天線的良好性能，提高傳輸效率與質(zhì)量。在多雷區(qū)設(shè)置水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該對(duì)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，確定合理的設(shè)站位置[3]。雨量站的設(shè)置是開展水文監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵，在設(shè)置水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)也應(yīng)該明確雨量站的位置，使兩者保持統(tǒng)一性，獲得更加可靠的數(shù)據(jù)信息。對(duì)水庫附近的交通狀況進(jìn)行調(diào)查與評(píng)估，確保在布設(shè)站點(diǎn)時(shí)可以保持交通的便利性，為施工和管理提供便捷。

3.2 通信方式選擇

GSM通信、PSTN通信和衛(wèi)星通信等，是當(dāng)前水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)通信的主要方式，應(yīng)該確保各類通信技術(shù)的規(guī)范性及適用性，以提高水文監(jiān)測(cè)效果，滿足防汛調(diào)度的工作要求。短波通信和無線通信模式的構(gòu)建，可以解決傳統(tǒng)通信方式中的信號(hào)干擾問題，同時(shí)保障了信號(hào)的快速傳輸，防止造成嚴(yán)重的水災(zāi)。此外，移動(dòng)通信和光纜通信等在實(shí)踐中也得到廣泛應(yīng)用。為了確保信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)化，同時(shí)保障各類水文信息的安全性和精確性，還要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，奠定可靠的技術(shù)保障[4]。計(jì)算機(jī)技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以增強(qiáng)水文信息處理軟件的整體功能，達(dá)到智能化和界面化的工作要求，在衛(wèi)星定位技術(shù)的幫助下，能夠使地物信息的定位更加精確，以便在獲取充足信息的基礎(chǔ)上對(duì)水文狀況加以科學(xué)預(yù)測(cè)。中國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟度不斷提升，有利于系統(tǒng)功能的拓展，在選擇通信方式時(shí)應(yīng)該考慮到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和軟件功能需求。

3.3 設(shè)備配置

中心站設(shè)備和遙測(cè)站設(shè)備等，是水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的主要設(shè)備，應(yīng)該確保設(shè)備各項(xiàng)參數(shù)配置的合理性，以提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，避免在防汛調(diào)度中出現(xiàn)較大的故障問題。通信設(shè)備、供電設(shè)備、遙測(cè)終端機(jī)、避雷設(shè)備和遙測(cè)數(shù)據(jù)傳感器等屬于遙測(cè)站設(shè)備，應(yīng)該明確水庫防汛調(diào)度的實(shí)際需求，通過固態(tài)存儲(chǔ)器等優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。電源、計(jì)算機(jī)、避雷設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信控制機(jī)等屬于中心站設(shè)備。為了滿足系統(tǒng)功能拓展及高性能運(yùn)行需求，還可以通過大屏幕投影儀、服務(wù)器和衛(wèi)星云圖接收機(jī)等，為各類數(shù)據(jù)信息的檢測(cè)和傳輸提供幫助。在水文信息的采集過程中，需要采用高性能的傳感設(shè)備，并且將水文信息快速轉(zhuǎn)換為電子信息，以便信息中心及時(shí)獲取和分析[5]。為此，應(yīng)該提高水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中傳感器的精度，在檢測(cè)水量、水位和沙量等信息時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理。水流速度測(cè)量傳感器、水位傳感器和水中砂石量傳感器等得到廣泛應(yīng)用。

3.4 預(yù)報(bào)方案編制

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)運(yùn)行中，可以實(shí)現(xiàn)水文預(yù)報(bào)，幫助防汛調(diào)度人員編制合理的預(yù)報(bào)方案，以降低水災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的類型及功能特點(diǎn)，會(huì)對(duì)預(yù)報(bào)方案的編制成效產(chǎn)生直接影響[6]。除了應(yīng)該考慮到水庫附近的流域特征和覆蓋范圍外，還應(yīng)該獲得充足的歷史數(shù)據(jù)資料，明確該區(qū)域的降雨徑流特征，確保預(yù)報(bào)方案的合理性和科學(xué)性。

3.5 可行性研究

做好調(diào)查與分析工作，加強(qiáng)對(duì)工程進(jìn)度、規(guī)模和投資匡算等要素的整合，從而為可行性研究提供依據(jù)。在應(yīng)用水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該從遙測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn)、系統(tǒng)功能需求、水文預(yù)報(bào)精度和系統(tǒng)可靠性等方面予以控制，詳細(xì)記錄相關(guān)信息并上報(bào)給主管部門。對(duì)其他單位的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行分析，了解使用情況及其存在的問題，在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和方案編制中更具針對(duì)性。特別是在規(guī)劃論證中應(yīng)該確保第三方機(jī)構(gòu)具有良好的資質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)方案的全面優(yōu)化和系統(tǒng)功能的合理設(shè)計(jì)。系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行中應(yīng)該制定嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，通過試運(yùn)行的方式了解系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，以確保系統(tǒng)在汛期內(nèi)能夠獲得可靠的水文信息。預(yù)報(bào)流量和過程實(shí)測(cè)流量對(duì)比如圖2所示，其準(zhǔn)確率相對(duì)較高，因此可以投入運(yùn)行。

圖2 預(yù)報(bào)流量和過程實(shí)測(cè)流量對(duì)比

4 結(jié)語

中心站、遙測(cè)站和中繼站等，是水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的主要組成部分，只有確保各個(gè)子系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，才能在水庫防汛調(diào)度中發(fā)揮關(guān)鍵作用，防止受到洪澇災(zāi)害的威脅，以加快社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。在應(yīng)用水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該從站點(diǎn)布設(shè)、通信方式選擇、設(shè)備配置、預(yù)報(bào)方案編制和可行性研究等方面入手，掌握系統(tǒng)應(yīng)用的要點(diǎn)，從而保障防汛調(diào)度工作的順利開展，在保障水文信息精確性、真實(shí)性和全面性的基礎(chǔ)上，提高防汛調(diào)度整體成效，以創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。