于偉東

岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)方案簡介

于偉東

（海河水利委員會(huì)漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局,山東德州253009）

岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)一期工程始建于1985年，二期工程建設(shè)于1989年，三期工程1999年建設(shè)完成，因系統(tǒng)老化等原因，2010年停止運(yùn)行，嚴(yán)重影響岳城水庫水情預(yù)報(bào)和防汛安全。2016年，岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)建設(shè)列入國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目（海委）第二階段的建設(shè)任務(wù)。闡述了岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)對(duì)漳衛(wèi)南運(yùn)河流域防汛調(diào)度和洪水預(yù)報(bào)的重要意義和作用，并對(duì)岳城水庫水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)站網(wǎng)布設(shè)、通信方式、系統(tǒng)功能等進(jìn)行分析論證。

岳城水庫；遙測(cè)系統(tǒng)；水情自動(dòng)測(cè)報(bào)

1 項(xiàng)目概況

岳城水庫位于河北省磁縣與河南省安陽縣交界的漳河干流出山口處，控制流域面積18 100 km2，總庫容13億m3，是海河流域南系漳河上一座以防洪、灌溉為主兼有供水、發(fā)電等功能的大（1）型水利樞紐工程。岳城水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)（遙測(cè)系統(tǒng)）一期工程始建于1985年，二期工程建設(shè)于1989年，三期工程1999年建設(shè)完成。原岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)是漳衛(wèi)南運(yùn)河流域防汛調(diào)度和洪水預(yù)報(bào)的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)采集岳城水庫上游太行山區(qū)的水情、雨情信息，通過超短波傳送到岳城水庫中心站，再由PSTN通信撥號(hào)方式傳送數(shù)據(jù)到漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局（以下簡稱漳衛(wèi)南局）、海委，在岳城水庫水情預(yù)報(bào)和調(diào)度運(yùn)用中具有重要作用。經(jīng)過多年運(yùn)行，岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)暢通率逐年降低，設(shè)備故障頻率逐年增多，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)難度逐年加大。按照《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（SL61-2003）規(guī)定，岳城水庫水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)屬于超限運(yùn)行。2009年5月，漳衛(wèi)南局組織了岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)評(píng)估，認(rèn)為該系統(tǒng)屬于超期服役，且技術(shù)落后，不具備修復(fù)價(jià)值，建議及時(shí)更新現(xiàn)有的水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)。2010年系統(tǒng)終止運(yùn)行。2016年，水利部印發(fā)《水利部關(guān)于印發(fā)〈國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施方案（2016—2018年）〉的通知》，岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)建設(shè)列入國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目（海委）第二階段的建設(shè)任務(wù)。

2 站網(wǎng)布設(shè)論證

站網(wǎng)布設(shè)關(guān)系到系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模和投資，關(guān)系到洪水預(yù)報(bào)精度、防洪調(diào)度的科學(xué)合理性及系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，是水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的重要內(nèi)容。

2.1 原遙測(cè)站網(wǎng)評(píng)價(jià)

岳城水庫原遙測(cè)系統(tǒng)包括1個(gè)中心站、6個(gè)中繼站、4個(gè)雨量兼水位遙測(cè)站、6個(gè)雨量兼人工置數(shù)流量遙測(cè)站、24個(gè)雨量遙測(cè)站，共計(jì)34個(gè)測(cè)站，覆蓋了清漳河全部和濁漳河漳澤水庫、后灣水庫、關(guān)河水庫以下及漳河干流，控制流域面積約11 910 km2，占總流域面積的66%。

岳城水庫的重點(diǎn)測(cè)報(bào)范圍為三庫石梁區(qū)間，清漳河匡門口站以上區(qū)間，石梁、匡門口—觀臺(tái)之間的區(qū)間（簡稱石匡觀區(qū)間）。多年運(yùn)行實(shí)踐證明，岳城水庫原測(cè)報(bào)站網(wǎng)基本符合流域降雨和地形特點(diǎn)，綜合考慮了基本控制區(qū)域的降雨分布和下墊面對(duì)降雨徑流的影響，可滿足水庫洪水、徑流預(yù)報(bào)和調(diào)度需要。

2.2 站網(wǎng)調(diào)整

本次建設(shè)根據(jù)岳城水庫水情測(cè)報(bào)的新要求以及流域水文站網(wǎng)進(jìn)一步完善的實(shí)際，充分考慮現(xiàn)有站點(diǎn)情況、通信組網(wǎng)條件和技術(shù)發(fā)展情況，基于預(yù)報(bào)模型相匹配等因素，對(duì)原有站網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化站網(wǎng)布局，滿足岳城水庫實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的要求。站網(wǎng)調(diào)整主要依據(jù)以下原則：

（1）保持站網(wǎng)穩(wěn)定?，F(xiàn)有站點(diǎn)布設(shè)比較合理，按照資料系列完整和經(jīng)濟(jì)可行的原則，測(cè)站分布盡量利用原有測(cè)站，除個(gè)別地區(qū)調(diào)整外，原則上不變動(dòng)測(cè)站站址。

（2）重點(diǎn)預(yù)報(bào)區(qū)間站點(diǎn)適當(dāng)加密。漳河流域洪水預(yù)報(bào)分6個(gè)區(qū)間，即濁漳河的關(guān)河水庫以上區(qū)間、后灣水庫以上區(qū)間、漳澤水庫以上區(qū)間、三庫石梁區(qū)間，清漳河匡門口站以上區(qū)間，石梁、匡門口—觀臺(tái)之間的區(qū)間。在岳城水庫測(cè)報(bào)范圍的三庫石梁區(qū)間、清漳河匡門口站以上區(qū)間和石梁、匡門口—觀臺(tái)之間的區(qū)間，增加濁漳河天橋斷、吳家河電站、觀臺(tái)冶子站，庫區(qū)增加?xùn)|新安、南孟村站。

（3）水庫控制區(qū)站點(diǎn)取消。濁漳河北、西、南三源上分別建有關(guān)河、后灣、漳澤3座大型水庫，控制流域面積分別為3 146、1 296、1 747 km2，區(qū)間洪水受3個(gè)大型控制性水庫控制，對(duì)于三大水庫控制區(qū)的站點(diǎn)不再保留。因此，取消南谷洞水庫上游石板巖站，降雨和徑流由南谷洞水庫出庫站控制；取消清漳河石匣水庫上游橫嶺站，降雨和徑流由石匣水庫出庫站控制；取消濁漳北源涅河山交站（山西省武鄉(xiāng)縣故城鎮(zhèn)山交村）；取消清漳河?xùn)|源紫蘿、和順、松煙站，降雨和徑流由蔡家莊、芹泉站控制。

（4）充分利用水文站點(diǎn)，增加清漳河?xùn)|源芹泉、清漳河麻田站，粟城站調(diào)整至粟城水文站（新建水文站）。

3 站網(wǎng)分析評(píng)價(jià)

3.1 站網(wǎng)總體情況

站網(wǎng)調(diào)整后，系統(tǒng)規(guī)模為1個(gè)中心站、36個(gè)遙測(cè)站，36個(gè)遙測(cè)站包括5個(gè)水位、雨量站，5個(gè)流量、雨量站，4個(gè)水位、流量、雨量站和22個(gè)雨量站。

（1）中心站1個(gè)，為岳城水庫。

（2）水位、雨量站5個(gè)，包括蔡家莊（浮子水位計(jì)）、觀臺(tái)（浮子水位計(jì)）、匡門口（浮子水位計(jì)）、吳家河（雷達(dá)）、天橋斷（雷達(dá)）。

（3）流量、雨量站5個(gè)，包括后灣水庫、漳澤水庫、關(guān)河水庫、劉家莊、石梁。

（4）水位、流量、雨量站4個(gè)，包括侯壁、芹泉、麻田、粟城（全部安裝浮子水位計(jì)）。

（5）雨量站22個(gè)，包括石匣、寒王、偏城、東陽關(guān)、西井、襄垣、任村、郝趙、涉縣、河南、蟠龍、寨溝、南偏橋、五里后、實(shí)會(huì)、白土、南谷洞、平順、南孟村、東辛安、觀臺(tái)村、壩上雨量站。

3.2 站網(wǎng)分析評(píng)價(jià)結(jié)果

（1）代表性站網(wǎng)密度為382 km2/站。整體布設(shè)合理、均勻，在支流、暴雨頻發(fā)地區(qū)都布設(shè)雨量站，能有效控制流域降雨分布及由于下墊面不均勻性對(duì)降雨徑流的影響，暴雨中心區(qū)的密度適當(dāng)大于其它地區(qū)，滿足水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則要求。

（2）控制性水庫均設(shè)站，后灣水庫、漳澤水庫、關(guān)河水庫、石匣水庫、南谷洞水庫、岳城水庫均設(shè)有站點(diǎn)。

（3）站網(wǎng)與現(xiàn)有水文站網(wǎng)結(jié)合，充分利用河道和水庫水文站網(wǎng)，主要包括芹泉、麻田、劉家莊、匡門口、石梁、侯壁、天橋斷、觀臺(tái)等。

（5）滿足水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范要求，測(cè)站布設(shè)在交通、生活方便和安全的地方，通信條件良好，便于建設(shè)和維護(hù)管理。

站網(wǎng)論證分析表明，其能夠滿足岳城水庫洪水預(yù)報(bào)及防洪調(diào)度的要求。

4 遙測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 指導(dǎo)思想

（1）對(duì)遙測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃、改造和設(shè)備更新，提高系統(tǒng)采集時(shí)效性和可靠性。遙測(cè)站數(shù)量、位置根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行微調(diào)，更新軟硬件，改造機(jī)房、防雷等基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)全新的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。

（2）采用先進(jìn)可靠的新技術(shù)，取消二級(jí)以上中繼站，減少設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間。系統(tǒng)采用自報(bào)方式，通信方式采用GPRS/衛(wèi)星雙信道，提高系統(tǒng)可靠性，各遙測(cè)站、中繼站均采用無人值守的管理方式。

（3）實(shí)現(xiàn)水雨情信息實(shí)時(shí)采集，滿足水情預(yù)報(bào)、洪水調(diào)度和水資源配置需要。

4.2 設(shè)計(jì)原則

大家都是做廣義上的司法工作的，誰在工作中都會(huì)遇上點(diǎn)不痛快的事。有的時(shí)候真是壓了一肚子的火不能發(fā)，簡直嘔到吐血，只有“我為人民服務(wù)我驕傲”才能平復(fù)心情。

（1）先進(jìn)性原則。所有設(shè)備全部選用技術(shù)成熟、業(yè)界先進(jìn)的產(chǎn)品，保持其技術(shù)先進(jìn)性。

（2）經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則。堅(jiān)持“經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、高效實(shí)用”的原則，在完全滿足各項(xiàng)功能要求的前提下，盡量節(jié)省改造建設(shè)經(jīng)費(fèi)。

（3）可擴(kuò)展性原則。堅(jiān)持“實(shí)施簡單、擴(kuò)容便捷”的原則，做到安裝便利，易于維護(hù)且有高度的開放性、兼容性和可持續(xù)性。

（4）可靠性原則。堅(jiān)持“長期運(yùn)行、穩(wěn)定可靠”的原則，系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)7×24 h不間斷可靠運(yùn)行。鑒于防汛工作的重要地位和特殊性，防汛遙測(cè)系統(tǒng)必須選用通用的、技術(shù)上十分成熟的、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的設(shè)備。

4.3 總體功能

實(shí)時(shí)、定時(shí)采集、傳輸和處理測(cè)站的水情信息；完成水情預(yù)報(bào)作業(yè)；基于TCP/IP技術(shù)，滿足其它有關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信規(guī)約；查看中繼站、遙測(cè)站的各種硬件參數(shù)，包括電源、傳輸設(shè)備的工作狀態(tài)；遙測(cè)站、中心站具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。

4.4 工作體制

采用GPRS/衛(wèi)星雙通道水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。遙測(cè)站采用主備信道運(yùn)行，GPRS為主信道，北斗衛(wèi)星為備用信道，一點(diǎn)雙發(fā)組網(wǎng)。遙測(cè)站數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送到岳城水庫水情中心和漳衛(wèi)南數(shù)據(jù)接收中心，岳城水庫水情中心站接收數(shù)據(jù)采用固定IP專線接收GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，衛(wèi)星指揮機(jī)接收衛(wèi)星信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，漳衛(wèi)南數(shù)據(jù)接收中心采用固定IP專線接收數(shù)據(jù)。主中心出現(xiàn)故障后，兩個(gè)中心數(shù)據(jù)互為備份，通過專線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。岳城水庫邯鄲辦公地點(diǎn)和漳衛(wèi)南局通過網(wǎng)絡(luò)直接訪問水情應(yīng)用系統(tǒng)。

5 遙測(cè)站總體功能和系統(tǒng)組成

5.1 遙測(cè)站總體功能

采用自報(bào)式體制，1 h發(fā)送1次數(shù)據(jù)，每發(fā)1次數(shù)據(jù)需要把上1 h采集的12個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送到中心。

（1）隨機(jī)采集、自報(bào)。每當(dāng)雨量變化1個(gè)計(jì)量單位（1 mm）或水位變化1個(gè)計(jì)量單位（1 cm）且與上次發(fā)送間隔大于規(guī)定時(shí)間，向中心站發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)。傳輸內(nèi)容包括站號(hào)、當(dāng)前雨量累計(jì)值、當(dāng)前經(jīng)過濾波瞬時(shí)水位等數(shù)據(jù)。

（2）定時(shí)采集、自報(bào)。按預(yù)定的定時(shí)時(shí)間間隔（壩上站10 min、匡門口、侯壁、觀臺(tái)水位30 min）采集當(dāng)前數(shù)據(jù)并向中心站發(fā)送。

（3）狀態(tài)報(bào)告。向中心站報(bào)告遙測(cè)站的工作狀態(tài)（如設(shè)備狀態(tài)、電源信息等）。

（4）自適應(yīng)采集自報(bào)。當(dāng)傳感器數(shù)據(jù)在容限內(nèi)（雨量≤5 mm，水位≤10 cm）變化時(shí)，按規(guī)定方式采集數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)突變（雨量＞5 mm，水位＞10 cm）時(shí)，可根據(jù)變幅自動(dòng)增加采集、發(fā)送次數(shù)，以取得數(shù)據(jù)極值。

（5）現(xiàn)場(chǎng)顯示。顯示時(shí)間（年、月、日、時(shí)、分）、站號(hào)，雨量當(dāng)前累計(jì)值，當(dāng)前水位，一段時(shí)間內(nèi)的雨量值和水位最大值、最小值、平均值。

（6）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置。設(shè)置站號(hào)，采用時(shí)間間隔，定時(shí)自報(bào)時(shí)間間隔，年、月、日、時(shí)、分，水位高程基準(zhǔn)值，日水位數(shù)據(jù)的起始時(shí)間，電臺(tái)預(yù)熱時(shí)間，消浪幅度。

（7）關(guān)機(jī)保護(hù)。具有軟件、硬件多重關(guān)斷電臺(tái)電源的保護(hù)措施。

（8）節(jié)能。當(dāng)不需要數(shù)據(jù)采集、發(fā)送時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

（9）具有人工干預(yù)立即發(fā)送功能。

5.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由采集系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)和附件組成。

（1）雨量站。雨量站主要由翻斗式雨量計(jì)、RTU、GPRS模塊、衛(wèi)星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網(wǎng)、避雷針、避雷器、室外防護(hù)機(jī)箱、桿件輔材及附件等組成。

（2）流量置數(shù)雨量站。流量置數(shù)雨量站主要由翻斗式雨量計(jì)、RTU（含人工置數(shù)器）、GPRS模塊、衛(wèi)星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網(wǎng)、避雷針、避雷器、機(jī)箱輔材及附件等組成。

（3）水位、雨量站。水位、雨量站主要由翻斗式雨量計(jì)、水位傳感器、RTU、GPRS模塊、衛(wèi)星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網(wǎng)、避雷針、避雷器、機(jī)箱輔材及附件等組成。

（4）水位、流量、雨量站。水位流量雨量站主要由翻斗式雨量計(jì)、水位傳感器、RTU（含人工置數(shù)器）、GPRS模塊、衛(wèi)星終端、太陽能板、太陽能充電控制器、蓄電池、防雷接地網(wǎng)、避雷針、避雷器、機(jī)箱輔材及附件等組成，共4個(gè)。遙測(cè)站設(shè)備連接，如圖1所示。

圖1 GPRS+衛(wèi)星傳輸遙測(cè)站設(shè)備連接

5.3 岳城水庫中心站功能及組成

系統(tǒng)設(shè)立岳城水庫水情中心、漳衛(wèi)南數(shù)據(jù)接收中心。中心站是水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的中樞，能完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和洪水預(yù)報(bào)等工作，能通過局域網(wǎng)與其它客戶機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，并可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸男l(wèi)南局及上級(jí)機(jī)關(guān)。中心站主要功能有：①能通過GPRS和衛(wèi)星信道實(shí)時(shí)接收各遙測(cè)站的數(shù)據(jù)，加注時(shí)間標(biāo)簽，進(jìn)行合理性檢查，自動(dòng)備份原始數(shù)據(jù)；②對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)計(jì)算，繪制打印圖表；③對(duì)流域參數(shù)具有輸入、更新及查詢功能；④完成水情預(yù)報(bào)；⑤數(shù)據(jù)庫功能；⑥漳衛(wèi)南局通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時(shí)接收岳城水庫水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，于岳城中心站互為數(shù)據(jù)備份，為防汛調(diào)度提供有力的支持；⑦在岳城水庫邯鄲辦公地點(diǎn)安裝單屏顯示設(shè)備，通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)顯示岳城水庫水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)水雨情信息。

6 結(jié)論

（1）岳城水庫遙測(cè)系統(tǒng)通過改建，使流域雨量遙測(cè)站點(diǎn)分布更加合理，可以實(shí)現(xiàn)干流降水雨情的有效控制，為實(shí)施聯(lián)機(jī)洪水預(yù)報(bào)作業(yè)提供可靠的水情信息源，滿足實(shí)時(shí)洪水預(yù)報(bào)作業(yè)、防洪調(diào)度、洪水資源化利用和防汛指揮的信息應(yīng)用需求。

（2）增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少測(cè)站數(shù)據(jù)傳輸過程中的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，可以提高中心站的數(shù)據(jù)處理能力，提高系統(tǒng)汛期對(duì)流域降水情況的控制和系統(tǒng)的整體運(yùn)行效能，有效解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃詥栴}。

（3）提高水情監(jiān)測(cè)能力。系統(tǒng)全部采用GSM/衛(wèi)星雙信道通信方式，使得整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)站主板備件類型簡化為單雨量型和水位/雨量型兩種，可以統(tǒng)一系統(tǒng)通信方式，為維護(hù)效率和備件互用率的提高提供便利條件，提高系統(tǒng)測(cè)站的設(shè)備備件利用率和數(shù)據(jù)傳輸、通信保障能力。

（4）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聯(lián)機(jī)預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)查詢顯示、實(shí)時(shí)網(wǎng)上共享和遠(yuǎn)程傳輸方面等功能，可以充分發(fā)揮水雨情數(shù)據(jù)在防汛調(diào)度和水資源配置中的作用。

水雨情遙測(cè)系統(tǒng)工程是保障水庫防洪安全的重要非工程措施。岳城水庫作為漳衛(wèi)南運(yùn)河流域的重要控制工程，在流域防汛調(diào)度、水資源配置等方面具有重要地位，關(guān)系漳衛(wèi)南運(yùn)河水系的防洪安全大局。本項(xiàng)目是完善岳城水庫洪水預(yù)報(bào)作業(yè)、防洪調(diào)度、洪水資源化利用和防汛指揮的信息應(yīng)用工程，其建設(shè)十分必要且十分迫切。

TV697；TP29

A

1004-7328（2017）03-0039-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.03.012

2017—04—25

于偉東（1968—），男，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水資源規(guī)劃、管理和保護(hù)、信息化建設(shè)及相關(guān)研究工作。