黃鐘云

摘 要：我國(guó)是洪澇災(zāi)害十分嚴(yán)重的國(guó)家，幅員遼闊的土地又承載著十四億人口，所以，加強(qiáng)水情測(cè)報(bào)工作，研發(fā)和利用先進(jìn)的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，提高防汛工作質(zhì)量和效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國(guó)十分重視水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，文章將簡(jiǎn)要分析。

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

中圖分類號(hào)：P338 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)對(duì)水電站運(yùn)行的有利影響

水情測(cè)系統(tǒng)，是一項(xiàng)高度融合了水文、遙感、電子、通信、傳感器、計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科為一體的新興技術(shù)手段，用于水文信息實(shí)時(shí)采集、傳送和處理，可以及時(shí)的為水情測(cè)量和預(yù)報(bào)、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(xiàng)利國(guó)利民的重要技術(shù)。我國(guó)的很多水電站也建設(shè)安裝了水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(dòng)化系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、水電廠水情數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、監(jiān)控、分析處理，為整個(gè)區(qū)域的水、火、電優(yōu)化調(diào)度，和區(qū)域內(nèi)的水庫(kù)、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(shí)準(zhǔn)確的信息，利于防汛，可見，水電站中水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)用，是提高水電站綜合運(yùn)行效果、增強(qiáng)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(jì)效益和社會(huì)效益。水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)是一個(gè)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(guó)應(yīng)深化研究，積極建設(shè)和推廣運(yùn)用。

2 我國(guó)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展概況和發(fā)展方向

我國(guó)于上世紀(jì)七十年代中期開始在一些水庫(kù)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，建成一些初級(jí)性的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)十年發(fā)展，八十年代中期建成了不少具有本國(guó)特色的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，并且確立了自己的技術(shù)基礎(chǔ)。1983年，我國(guó)開始研發(fā)黃龍灘水情遙測(cè)和洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)于1986年正式投入使用，并成為國(guó)產(chǎn)化正規(guī)系統(tǒng)，對(duì)以后我國(guó)國(guó)產(chǎn)水情測(cè)報(bào)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(guó)的水情測(cè)報(bào)技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，天生橋、沿灘、五強(qiáng)溪書店廠等建成和投入使用了大型的水情側(cè)報(bào)系統(tǒng)，近年來(lái)，得益于遙感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)在水情測(cè)報(bào)工作上的迅速發(fā)展和應(yīng)用，我國(guó)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展十分迅速并不斷完善，未來(lái)我國(guó)的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，將向更加智能化、自動(dòng)化、高精度化發(fā)展，衛(wèi)星遙感、雷達(dá)測(cè)雨、GPS技術(shù)將更加融合的運(yùn)用于系統(tǒng)，以提高測(cè)報(bào)的精度和速度，水情測(cè)報(bào)的相關(guān)技術(shù)將更加專業(yè)化、商品化，以推進(jìn)技術(shù)的大范圍推廣和應(yīng)用，將研發(fā)更加經(jīng)濟(jì)可靠的水情采集傳感器，完善和解決水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)問題，并加強(qiáng)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)整體開發(fā)的綜合化管理，提高系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)用和推廣。

3 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)應(yīng)全面、及時(shí)、實(shí)時(shí)的反映流域內(nèi)的雨、水情的變化，滿足洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的需求，利于通信組網(wǎng)，便于系統(tǒng)的管理、運(yùn)行和維護(hù)，與防汛站網(wǎng)積極配合，共同促進(jìn)防汛工作的進(jìn)行和水資源的調(diào)配利用。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(zhǎng)度、水庫(kù)的面積、會(huì)留時(shí)間、各水文、水位站之間的基本情況、信息的傳播時(shí)間等，結(jié)合水站的功能、特點(diǎn)進(jìn)行水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的規(guī)劃布局和建設(shè)，比如在水庫(kù)壩上、壩下、庫(kù)區(qū)、入庫(kù)處建立水情自動(dòng)測(cè)報(bào)站，建立主河道控制站等。

水量站點(diǎn)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(diǎn)的布設(shè)對(duì)相關(guān)參數(shù)的采集和計(jì)算的速度和精度十分重要。當(dāng)前，雨量站點(diǎn)布設(shè)主要采用抽站法作面雨量的對(duì)比分析，采用AIP模型計(jì)算洪峰流量的誤差分析，以進(jìn)行合理的站網(wǎng)布設(shè)規(guī)劃。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的硬件選型

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的測(cè)報(bào)主要是遙測(cè)實(shí)現(xiàn)的，遙測(cè)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(shí)空變化和水位變化過(guò)程的，所以，水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(gè)部分聯(lián)合，形成一個(gè)信息采集通信網(wǎng)，一個(gè)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)至少要有一個(gè)中心站和若干個(gè)遙測(cè)站組成。其基本的運(yùn)行路徑就是：系統(tǒng)硬件安裝調(diào)試完成——遙測(cè)站開始進(jìn)行工作，遙測(cè)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(jìn)行水情預(yù)報(bào)，比如防汛預(yù)警——利用接收到的預(yù)報(bào)信息指導(dǎo)各方調(diào)度開展相關(guān)工作。所以，遙測(cè)站的建設(shè)是重中之重。完整的遙測(cè)站由雨量傳感器、數(shù)傳儀、感應(yīng)式數(shù)字傳感器、太陽(yáng)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(bào)制制式，硬件部分主要由前置機(jī)、工作站、服務(wù)器組成。前置機(jī)將接收、處理的數(shù)據(jù)共享給工作站進(jìn)行水情預(yù)報(bào)，服務(wù)器用于數(shù)據(jù)的管理和存儲(chǔ)。

5 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的通信方式選擇

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(diǎn)很多，為了提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量，大多采用無(wú)線通信傳輸。早期采用的是較低無(wú)線電頻段（30～100MzH）的模擬信號(hào)通信，后來(lái)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(guó)的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)絕大部分采用超短波無(wú)線數(shù)據(jù)傳播的，并且通過(guò)合理的建設(shè)中繼站，組成一定的超短波通信網(wǎng)進(jìn)行傳輸，提高遙測(cè)信息的收集、傳輸速度和質(zhì)量。國(guó)外有些國(guó)家公用電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，常采用有線通信，美國(guó)是唯一一個(gè)利用流星余跡進(jìn)行水情數(shù)據(jù)傳輸?shù)膰?guó)家。我國(guó)的某些行政單位已經(jīng)能實(shí)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(guó)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(shí)別和接收遙測(cè)信號(hào)，通過(guò)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(jìn)行多種方式的中繼站設(shè)計(jì)，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(bào)式，我國(guó)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要采用的自報(bào)式。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮著重要作用。

6 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，軟件系統(tǒng)主要由5個(gè)子系統(tǒng)組成：總數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)、雨水情信息采集子系統(tǒng)、洪水預(yù)報(bào)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(dòng)采集和規(guī)范寫入及相關(guān)的數(shù)據(jù)管理，是整個(gè)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)；洪水預(yù)報(bào)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(duì)未來(lái)的洪水量、洪峰產(chǎn)生時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，與氣象站相連，分析和預(yù)測(cè)未來(lái)的晴雨變化，發(fā)出警報(bào)，便于雨情調(diào)度子系統(tǒng)發(fā)生作用，對(duì)洪水進(jìn)行人工預(yù)防和干預(yù)；查詢系統(tǒng)可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)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(jī)規(guī)律，水文模型分為確定型模型和隨機(jī)型模型。以流域?yàn)閷?duì)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(guò)數(shù)學(xué)模型對(duì)降雨徑流的水文過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，實(shí)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(guó)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采用的預(yù)報(bào)方法為降雨徑流預(yù)報(bào)法，在模型的制作中，受實(shí)際流域降雨的變化影響，模型要經(jīng)常進(jìn)行修正，減少誤差。

洪水調(diào)度子系統(tǒng)，是根據(jù)前面幾個(gè)環(huán)節(jié)分析的結(jié)果進(jìn)行洪水相關(guān)干預(yù)的，調(diào)度時(shí)，要特別注意庫(kù)區(qū)淹沒點(diǎn)的水情、水庫(kù)、壩下防洪關(guān)鍵點(diǎn)、庫(kù)區(qū)周邊社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況，根據(jù)綜合評(píng)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(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，可通過(guò)制作調(diào)度模型進(jìn)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(guò)程，提高決策的及時(shí)性、科學(xué)性。

7 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)是洪澇災(zāi)害多發(fā)國(guó)家，并且地域廣闊，人口分布區(qū)域較多，加強(qiáng)防洪防汛工作是保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的大事。水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是現(xiàn)代化的先進(jìn)系統(tǒng)，融合多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于水情的采集、預(yù)警、管理、調(diào)度等，對(duì)促進(jìn)防汛工作具有重大意義。文章簡(jiǎn)要梳理了我國(guó)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展概況及發(fā)展方向，探討了水情自動(dòng)測(cè)報(bào)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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)提供了有益的參考和啟示，文章的研究具有一定價(jià)值和意義。

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