水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

蔣躍華

( 新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展

蔣躍華

( 新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，烏魯木齊 830000)

水文信息需要現(xiàn)代科技進(jìn)行實(shí)時(shí)的遙測算、傳送和處理，因此水情自動(dòng)測報(bào)技術(shù)就起到了這樣的作用，能夠?qū)λ畮斓姆篮檎{(diào)度、水資源的合理運(yùn)用等進(jìn)行合理的解決，是目前較為有效的非土建工程防洪措施。文章在對(duì)當(dāng)前水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行了建設(shè)和分析的基礎(chǔ)上，提出水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備的構(gòu)造、水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的精度預(yù)報(bào)、預(yù)報(bào)模型的及時(shí)校正、數(shù)據(jù)的補(bǔ)充自動(dòng)采集、洪水預(yù)報(bào)子系統(tǒng)的主要功能、洪水調(diào)度方案的合理性等問題進(jìn)行闡述，將洪水調(diào)度子系統(tǒng)包括的基本信息服務(wù)和主要功能等加以分析，分析了水情測報(bào)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀，功能優(yōu)勢等，提出今后采用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度集成的論點(diǎn)。

洪水測報(bào)；自動(dòng)調(diào)度；水情實(shí)時(shí)信息；發(fā)展現(xiàn)狀

我國的地域遼闊，地形較為復(fù)雜。水災(zāi)旱災(zāi)頻繁出現(xiàn)，但是土建防洪工程不能滿足災(zāi)情防護(hù)的需要。江河流域、水庫的洪水預(yù)報(bào)已經(jīng)達(dá)到采用現(xiàn)代化技術(shù)的程度，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的水文信息的傳送和處理、遙測，合理利用當(dāng)前的水庫資源和水資源，水資源的防洪調(diào)度等加以水文等學(xué)科的綜合，對(duì)水文進(jìn)行測量和計(jì)算，提高洪水預(yù)報(bào)的精度，將以往的水庫安全度汛的落后情況進(jìn)行改善，改變了人工水情測量的弊端，提高了水情測報(bào)速度實(shí)和電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 基本的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)

包括了要測站和中心站組。運(yùn)行的流程為：自動(dòng)采集水情，實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)接收遙測數(shù)據(jù)、暫存和水情數(shù)據(jù)的發(fā)送。數(shù)據(jù)接收后形成了對(duì)洪水過程的預(yù)報(bào)，將全國流域的水情信息進(jìn)行掌控。防洪調(diào)度的方案。監(jiān)控系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)交換信息，擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件庫，遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸系統(tǒng)等，需要進(jìn)行地面中繼站的設(shè)置，形成龐大的系統(tǒng)。但是這種設(shè)置維護(hù)較為困難。信息的再生和模擬方式的轉(zhuǎn)發(fā)，每個(gè)基本遙測系統(tǒng)又相互獨(dú)立，超短波數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，應(yīng)設(shè)置一個(gè)總調(diào)度中心，可以共享和可以自行取用，形成較大的行政設(shè)置和較大區(qū)域，設(shè)置多個(gè)分中心站，獨(dú)立的水情預(yù)報(bào)管理各個(gè)區(qū)段的測報(bào)任務(wù)，總調(diào)度中心就是統(tǒng)管這些信息資料，能夠?qū)π畔?shù)據(jù)加以調(diào)度和決策，當(dāng)前的水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)包括了自報(bào)式和應(yīng)答式體制，前者采用隨機(jī)發(fā)送信息的方式將數(shù)據(jù)采集到的參數(shù)的變化加以分析，后者按照調(diào)度中心的命令將信息進(jìn)行采集并且進(jìn)行發(fā)送。各組成部分的任務(wù)表見表1。

表1 各組成部分的任務(wù)表

1.2 當(dāng)前我國的超短波水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)

體質(zhì)遙測功能較為強(qiáng)大，采用的多為自報(bào)式體質(zhì)，水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)正在成為各個(gè)小區(qū)間的系統(tǒng)一般采用自報(bào)式采集數(shù)據(jù)。從當(dāng)前的傳感器的發(fā)展技術(shù)來看，水電工程建設(shè)中的一部分，水情的自動(dòng)測報(bào)中，為大流域、大行政區(qū)的水能總調(diào)度提供依據(jù)[2]。采用遙測參量進(jìn)行水情信息的測算。

當(dāng)前進(jìn)行水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)程序?yàn)椋合葘?duì)系統(tǒng)建設(shè)的必要性和可行性進(jìn)行規(guī)劃和論證，包含了流量、蒸發(fā)量、含沙量以及降雪量等。得到遙測站點(diǎn)以及通信方式的信道組網(wǎng)規(guī)劃，對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和通信信道進(jìn)行現(xiàn)場測試和設(shè)計(jì)，得到軟硬件的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工信道等的試運(yùn)行結(jié)果，確定系統(tǒng)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)。進(jìn)入系統(tǒng)性能指標(biāo)的評(píng)估。根據(jù)審查通過的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)今水利區(qū)域間監(jiān)理的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)呈現(xiàn)多樣化發(fā)展態(tài)勢。經(jīng)過移交和鑒定，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.3 系統(tǒng)功能

1)系統(tǒng)的精度包含了數(shù)據(jù)精度和洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的精度，一般經(jīng)過運(yùn)行、考核和數(shù)學(xué)模型的建立后對(duì)水資源調(diào)度的信息處理等。對(duì)數(shù)據(jù)的合理性和必要性進(jìn)行數(shù)據(jù)的插補(bǔ)，對(duì)雨量、水位等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)采集，得到了系統(tǒng)和危險(xiǎn)水情的報(bào)警信號(hào)，水文數(shù)據(jù)庫文件的剪力，洪水預(yù)報(bào)方案的制定以及系統(tǒng)功能要求的設(shè)定[3]。

2)傳感器的分辨率系統(tǒng)、水情參數(shù)的精度等。例如雨量傳感器的分辨率應(yīng)保持在水位計(jì)的分辨率的工作范圍內(nèi)按照質(zhì)量要求數(shù)據(jù)的傳輸?shù)恼`碼率不能超過10-E4，對(duì)流量、含沙量等進(jìn)行水情的預(yù)報(bào)，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最終處理包括了數(shù)據(jù)報(bào)表的繪制，洪水的預(yù)報(bào)和調(diào)度的精度能偶控制在90%左右。

3)對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行分析，得到預(yù)定功能的概率，最終在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)形成了報(bào)訊率的成功的概率計(jì)算公式：

ps=n/N×100%

(1)

式中：N為報(bào)訊總次數(shù)，P值為預(yù)報(bào)軟件的優(yōu)良性和水文模型的可靠性。

4)超短波的數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)了水情自動(dòng)測報(bào)，這一系統(tǒng)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了水情自動(dòng)測報(bào)，系統(tǒng)站點(diǎn)分布面廣，對(duì)應(yīng)答式體質(zhì)的系統(tǒng)的反應(yīng)速度中，因?yàn)橄到y(tǒng)越大，反應(yīng)速度就越慢，數(shù)據(jù)的收集時(shí)間就越長，系統(tǒng)的容度會(huì)受到限制，信道的占用時(shí)間越長，信號(hào)的受碰撞概率就越大，系統(tǒng)的容度會(huì)受到限制，在反應(yīng)速度和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬希`碼率會(huì)逐漸地被降低。

2 水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展

1)由于由于遙測站點(diǎn)的布設(shè)，洪水預(yù)報(bào)精度要求而設(shè)置,應(yīng)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)收集的耗費(fèi)時(shí)間的限制，只能采用無線通信方式[4]。 一般超短波無線通信對(duì)水情的自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)多處于高山邊遠(yuǎn)地區(qū),必須選擇合理的地址建立中繼站,組成合理的超短波通信網(wǎng)絡(luò),以收集遙測信息。超短波通信網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前我國絕大多數(shù)采用的數(shù)據(jù)通信手段組成合理的,用以收集遙測信息。

2)中心站功能，預(yù)報(bào)洪水防洪調(diào)度，將采集到的水情信息進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，采用全系統(tǒng)的監(jiān)控中樞，對(duì)后臺(tái)機(jī)進(jìn)行送數(shù)的信令的水文數(shù)據(jù)的傳送，執(zhí)行不同的功能和任務(wù)，主要工作內(nèi)容是以遙測的水情數(shù)據(jù)信息為依據(jù)，對(duì)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的接收和遙測，對(duì)數(shù)據(jù)的合理性進(jìn)行監(jiān)測和解碼和糾錯(cuò)，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。對(duì)水文信息進(jìn)行報(bào)警和提示，檢查、查詢水文數(shù)據(jù)庫的操作，將網(wǎng)上的數(shù)據(jù)加以連接和交換。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，全系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，根據(jù)率定的水文模型進(jìn)行流域的產(chǎn)流、匯流和洪水演進(jìn)計(jì)算,修訂預(yù)報(bào)成果，按照水庫的泄洪閘孔進(jìn)行水利的優(yōu)化調(diào)度，建立起水庫的歷史水文數(shù)據(jù)庫。

3)采集子系統(tǒng)分為水情自動(dòng)測報(bào)數(shù)據(jù)庫和水情自動(dòng)測報(bào)管理子系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得預(yù)報(bào)的精度和調(diào)度的決策在所有的資料的采集都源于子系統(tǒng)的功能發(fā)揮，自動(dòng)遙測的調(diào)度和預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展，未來的洪水總量將進(jìn)入被預(yù)測的極端，雨情的變化、氣象的情況，洪水的變化等都會(huì)進(jìn)入趨勢預(yù)測和分析的階段，不斷地提升準(zhǔn)確率，甚至可以根據(jù)調(diào)度的信息進(jìn)行人工對(duì)洪水預(yù)報(bào)的干預(yù)[5]。

例如對(duì)水庫的洪水進(jìn)行預(yù)報(bào)的方法，通過數(shù)學(xué)模擬的水文模型，將水溫現(xiàn)象進(jìn)行隨機(jī)的模擬。如水文模型的研究模擬，模擬的系統(tǒng)分析對(duì)水文模型進(jìn)行模擬和概括流域的降雨量和蒸發(fā)量的系統(tǒng)模擬，降雨的徑流的水文過程可進(jìn)行數(shù)學(xué)的模擬輸出等，達(dá)到數(shù)學(xué)表達(dá)式和邏輯計(jì)算的系統(tǒng)分析，將模型中的待定參數(shù)進(jìn)行時(shí)間的降雨和徑流的資料的測定，斷口流量的系統(tǒng)輸出等。

將流域內(nèi)的產(chǎn)匯流水水文現(xiàn)象建立起來，就是通過將預(yù)報(bào)的降雨的凈流量以及出口斷面的徑流過程進(jìn)行實(shí)際流域的預(yù)報(bào)，特別是對(duì)山區(qū)性小流域的洪水的漲落秦光，進(jìn)行實(shí)時(shí)的系統(tǒng)的誤差信息的預(yù)報(bào)精度的提高和修正。修正的方法包括修正模型的參數(shù)、輸入的誤差、綜合的參數(shù)，根據(jù)壩下的關(guān)鍵點(diǎn)的水情和工況，分析出防洪的形式等等，將誤差系列進(jìn)行回歸模型的建立，通過卡爾門濾波的修正功能，生成社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的控制預(yù)案，將洪水的調(diào)度的子系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，分析效益，評(píng)價(jià)意見，將規(guī)則加以協(xié)商和綜合，提出調(diào)度的可行性方案。

在求解洪水預(yù)報(bào)過程中，將水庫的調(diào)度決策加以指導(dǎo)，對(duì)于洪水預(yù)報(bào)的產(chǎn)匯流的模型的調(diào)用和實(shí)施，將降雨的信息進(jìn)行過程的演進(jìn)，使用更新和決策的調(diào)度模型，根據(jù)新信息的洪水預(yù)報(bào)作業(yè)，循序漸進(jìn)地將洪水的降雨過程進(jìn)行逐次的調(diào)度。

歷史的水雨情能夠通過當(dāng)前的子系統(tǒng)進(jìn)行查詢，可以將當(dāng)前和前期的水情進(jìn)行多方位的預(yù)測和查詢，給用戶和防汛部門提供汛情信息，為用戶提供綜合的水文頻率、洪量特征、水情的調(diào)度和預(yù)測結(jié)果等信息，并以報(bào)表的形式輸出。

3 結(jié) 語

隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型傳感器的開發(fā)，讓水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)得到創(chuàng)新性的開發(fā)。作為擁有豐富水利資源的大國，我國在水情自動(dòng)測報(bào)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展上，擁有著廣闊的發(fā)展前景，今后應(yīng)該不斷進(jìn)行開拓創(chuàng)新，縮短與世界先進(jìn)技術(shù)水平的距離，為水利水電事業(yè)發(fā)展做出更多的努力。

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[2]薛夢.阿克蘇地區(qū)柯柯牙河灌區(qū)水情自動(dòng)測報(bào)與閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(03):615,629.

[3]謝陳輝,楊英權(quán),羅兆鵬，等.水庫水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2016(18):1989.

[4]李繼清,楊卓.水情自動(dòng)測報(bào)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)實(shí)踐與應(yīng)用探析[J].教育教學(xué)論壇,2015(08):233-234.

[5]師寧焉.白石水庫GPRS水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)組成及關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].黑龍江水利科技,2014(06):91-93.

1007-7596(2017)06-0151-03

2017-05-22

蔣躍華(1984-)，男，新疆烏魯木齊人，工程師。

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