劉春秀

河北省唐山市陡河水庫(kù)管理處

自動(dòng)水位遙測(cè)系統(tǒng)在水庫(kù)防洪預(yù)警中的應(yīng)用分析

劉春秀

河北省唐山市陡河水庫(kù)管理處

水位遙測(cè)系統(tǒng)是水庫(kù)管理中常用的一種信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有及時(shí)可靠、連續(xù)完整監(jiān)測(cè)水位信息資料的特點(diǎn)，可應(yīng)用于水庫(kù)防洪預(yù)警管理工作中。為了推廣應(yīng)用自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)及確保系統(tǒng)能夠在防洪預(yù)警工作中發(fā)揮出應(yīng)有的作用，本文分析了自動(dòng)水位遙測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，包括系統(tǒng)構(gòu)成，可靠性設(shè)計(jì)情況；同時(shí)還結(jié)合水庫(kù)工程實(shí)例對(duì)自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用情況進(jìn)行了探討。

防洪預(yù)警；水位遙測(cè)；自動(dòng)；系統(tǒng)

水庫(kù)是常見(jiàn)的防洪工程，可通過(guò)蓄洪與滯洪兩種方式有效調(diào)節(jié)洪水，具有攔蓄洪水、有效削減洪峰流量及防范洪水災(zāi)害等作用。為了使水庫(kù)能夠更好的發(fā)揮防洪預(yù)警作用，則應(yīng)做好水庫(kù)日常管理工作。水位變化監(jiān)測(cè)是水庫(kù)日常管理工作的重要組成部分，在監(jiān)測(cè)水位變化時(shí)通常需要運(yùn)用水位遙測(cè)系統(tǒng)[1]。本文分析了自動(dòng)化水位遙測(cè)系統(tǒng)在水庫(kù)防洪預(yù)警工作中的應(yīng)用情況，旨在提高水庫(kù)的防洪能力。

1.自動(dòng)水位遙測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心組成。（1）采集系統(tǒng)。將水位遙測(cè)儀安裝于水庫(kù)上游，以利用遙測(cè)儀自動(dòng)探測(cè)上游水位變化情況，遙測(cè)儀完成數(shù)據(jù)采集后直接向中控儀傳輸探測(cè)數(shù)據(jù)。（2）傳輸系統(tǒng)。利用YDZ-YL300A型傳輸儀對(duì)來(lái)自中控儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，將水位數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為超短波形式，隨后向監(jiān)測(cè)中心傳輸短波信號(hào)[2]。（3）監(jiān)測(cè)中心。通常在防汛中心機(jī)房設(shè)置系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心當(dāng)中的主服務(wù)器可連接無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，采集子系統(tǒng)及傳輸子系統(tǒng)經(jīng)由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給主服務(wù)器，由主服務(wù)器負(fù)責(zé)讀取及分析數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，監(jiān)測(cè)中心可及時(shí)發(fā)出防洪預(yù)警指令。

1.2 可靠性設(shè)計(jì)

為了提高自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)采用了以下方法：（1）監(jiān)測(cè)中心與數(shù)據(jù)采集站之間的連接方式為“VHF+GSM”，將超短波通信作為傳輸數(shù)據(jù)的主要方式，備用傳輸方式為GSM信道通信，可以保證水位信息數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)查詢(xún)應(yīng)答互相配合、增量加報(bào)限時(shí)、自報(bào)。VHF與GSM可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，數(shù)據(jù)可多次重發(fā)，編碼方式為差錯(cuò)編碼。此外，遙測(cè)終端具有固態(tài)存儲(chǔ)信息的功能，有利于保證水位信息數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性；為避免超短波發(fā)生碰撞問(wèn)題，要求系統(tǒng)時(shí)鐘同步，定時(shí)報(bào)送遙測(cè)數(shù)據(jù)及整編各類(lèi)水文資料。（2）為提高系統(tǒng)硬件運(yùn)行的可靠性，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路時(shí)需要充分考慮掉電保護(hù)、信號(hào)保護(hù)、信號(hào)及電源濾波影響、浪涌抑制等因素，同時(shí)在系統(tǒng)各個(gè)接口采用防雷保護(hù)裝置。還利用了軟件陷阱、看門(mén)狗及自檢技術(shù)保護(hù)系統(tǒng)終端軟件，并將軟件設(shè)計(jì)為多任務(wù)實(shí)時(shí)管理機(jī)制，以保證系統(tǒng)中的軟件可以維持良性運(yùn)行狀態(tài)。（3）在系統(tǒng)遙測(cè)站的供電設(shè)計(jì)方面，主要考慮了太陽(yáng)能蓄電池可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題。由于水位遙測(cè)站點(diǎn)多位于山區(qū)，如直接使用農(nóng)網(wǎng)供電，則無(wú)法有效保證連續(xù)供電。因此需要采用太陽(yáng)能蓄電池維持穩(wěn)定供電，確保蓄電池在連續(xù)30d為陰雨天氣的情況下仍可以正常供電[3]。在選擇電池板時(shí)需要綜合考慮多種因素，如充電時(shí)的安全系數(shù)、充電負(fù)載系數(shù)、充電電流系數(shù)、遙測(cè)站的功耗率及平均日照等，盡量確保在5d內(nèi)電池可以達(dá)到蓄滿(mǎn)狀態(tài)，以免對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成影響。

2.自動(dòng)水位遙測(cè)系統(tǒng)在水庫(kù)防洪預(yù)警中的應(yīng)用分析

2.1 水庫(kù)概況

某水庫(kù)工程在2010年2月開(kāi)始動(dòng)工興建，2011年可用于攔洪，建成時(shí)間為2012年，壩頂高程為165m，設(shè)計(jì)洪水位162.0m，校核洪水位163.0m。該水庫(kù)的總庫(kù)容為48.63億m3，年徑流量為5534萬(wàn)m3，建成后進(jìn)庫(kù)流量的平均值為1.74m3/s。該水庫(kù)建成及投入使用后在當(dāng)?shù)爻鞘泄┧胺篮榉矫嫫鸬搅朔浅Ｖ匾淖饔?。由于采用人工觀(guān)測(cè)水位的方法難以獲得準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)信息資料，也難以有效開(kāi)展防洪預(yù)警工作，在綜合考慮各方面情況后應(yīng)用了自動(dòng)水位遙測(cè)系統(tǒng)。

2.2 應(yīng)用情況

在系統(tǒng)中設(shè)置了3個(gè)水位數(shù)據(jù)采集站，即渠首測(cè)站、水庫(kù)測(cè)站及河道測(cè)站，同時(shí)設(shè)置了1個(gè)信息監(jiān)控站，采集站可將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控站，由監(jiān)控站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿畮?kù)灌區(qū)的調(diào)度中心，調(diào)度中心可利用計(jì)算機(jī)讀取信息數(shù)據(jù)。在水庫(kù)工程上游3km處的河道中設(shè)置河道測(cè)站，利用采集裝置收集河道斷面的水位信息數(shù)據(jù)，利用處理器對(duì)水位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，向接收端傳輸超短波。同時(shí)在系統(tǒng)中安裝了流量及水位報(bào)警裝置，在河道測(cè)站中監(jiān)測(cè)到的水文數(shù)據(jù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流量及標(biāo)準(zhǔn)水位值時(shí)，報(bào)警裝置可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，因此該系統(tǒng)可有效發(fā)揮防洪預(yù)警作用。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)比人工水位觀(guān)測(cè)具有更高的精確性，在實(shí)施人工觀(guān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)效誤差為0.5h~1.0h，流量系數(shù)誤差為0.25左右，采用自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)時(shí)發(fā)現(xiàn)時(shí)效誤差＜10min，流量系數(shù)誤差接近于零。例如，在2012年7月該水庫(kù)工程出現(xiàn)1次洪峰，在7月25日16點(diǎn)10分河道中的實(shí)際水位開(kāi)始超過(guò)警戒水位線(xiàn)，自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)立即報(bào)警，防洪指揮中心接收到系統(tǒng)傳輸?shù)膱?bào)警信息后，安排人員做好相應(yīng)的防洪準(zhǔn)備，并全面監(jiān)測(cè)水位變化[4]。在17點(diǎn)10分時(shí)，自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)接收到河道測(cè)站的水位信息，顯示洪峰流量已經(jīng)達(dá)到了155m3/s，同時(shí)水庫(kù)測(cè)站中監(jiān)測(cè)到水位開(kāi)始迅速上漲，防洪指揮中心根據(jù)自動(dòng)系統(tǒng)所獲得的信息制定出了較為周全的排洪計(jì)劃。另一方面，為了對(duì)自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)報(bào)的準(zhǔn)確性進(jìn)行核實(shí)，安排人員到河道測(cè)站實(shí)地查看固定斷面及標(biāo)志水尺，經(jīng)核實(shí)后發(fā)現(xiàn)自動(dòng)遙測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)人員的計(jì)算結(jié)果相吻合。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)水位遙測(cè)系統(tǒng)能夠在水庫(kù)工程的防洪預(yù)警管理工作中發(fā)揮非常重要的作用。因此在實(shí)際工作中要充分重視采用有效的技術(shù)措施完善遙測(cè)系統(tǒng)，使遙測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用功能變得更全面，并由此強(qiáng)化水庫(kù)日常管理工作。

[1]李恒鵬,陳偉民,楊桂山,聶小飛.基于湖庫(kù)水質(zhì)目標(biāo)的流域氮、磷減排與分區(qū)管理——以天目湖沙河水庫(kù)為例[J],湖泊科學(xué),2013,25(6):785-798.

[2]陳雷.完善機(jī)制 落實(shí)責(zé)任 強(qiáng)化管理 全力做好水庫(kù)安全度汛工作——在全國(guó)水庫(kù)安全度汛異地視頻會(huì)議上的講話(huà)[J].中國(guó)防汛抗旱,2012,22(3):6-8.

[3]蔣海昆,宋金,賈若,曲均浩,陳亞男.不同時(shí)期水庫(kù)地震活動(dòng)主要影響因素討論——以三峽庫(kù)區(qū)微震活動(dòng)為例[J].地震,2014,34(1):13-23.

[4]孫思淼,戴長(zhǎng)雷,劉春麗,劉春艷.水庫(kù)浸沒(méi)災(zāi)害調(diào)查與評(píng)價(jià)方法研究——以大頂子山水庫(kù)上游浸沒(méi)區(qū)為例[J].人民長(zhǎng)江,2012,43(9):6973