水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)及在寶泉水庫(kù)中的應(yīng)用

□閆海波（河南省新鄉(xiāng)水文水資源勘測(cè)局）

l水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)

我國(guó)對(duì)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行研究開(kāi)始于20世紀(jì)70年代中期，隨著傳感器與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)地不斷提升以及水文資料的大量積累，水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于水庫(kù)雨量、水位、流量、泥沙等測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目。水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)通常是指利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、遙測(cè)技術(shù)等現(xiàn)代科技手段對(duì)江河流域以及水庫(kù)等測(cè)區(qū)內(nèi)的水文信息進(jìn)行自動(dòng)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、自動(dòng)傳輸；為水庫(kù)防洪調(diào)度和水資源合理利用提供了重要決策依據(jù)。

2 水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

水庫(kù)往往承擔(dān)著防洪、調(diào)度或灌溉供水等關(guān)系到民生的重要任務(wù)，因此，對(duì)應(yīng)用于水庫(kù)的水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度和預(yù)見(jiàn)期要求較高。水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)主要特點(diǎn)有標(biāo)準(zhǔn)性、及時(shí)性、傳統(tǒng)性以及隨機(jī)性。具體見(jiàn)表1。

表1 水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)特點(diǎn)表

3 寶泉水庫(kù)概況

寶泉水庫(kù)位于新鄉(xiāng)輝縣市薄壁鎮(zhèn)西北部,原有工程是1973年開(kāi)工興建，到目前共施工3次。一期工程從1974年4月至1976年10月。建成壩高50～51 m，溢流壩砌筑高程211 m，擋水壩212 m，建成導(dǎo)流底孔和一級(jí)輸水洞，庫(kù)容910萬(wàn)m3。二期工程從1989年10月至1994年4月，建成了中型水庫(kù)，在原來(lái)基礎(chǔ)上加高，增加二級(jí)輸水洞，壩高91.10 m，高程252.10 m，壩頂長(zhǎng)度397.50 m，壩頂寬5.00 m。溢洪道采用開(kāi)場(chǎng)式溢流堰，凈寬109.00 m，堰頂高程244.00 m。水庫(kù)正常蓄水位244.00 m，死水位196.50 m，總庫(kù)容0.45億m3，興利庫(kù)容0.31億m3。水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)按50年一遇洪水設(shè)計(jì)，500年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)洪水位248.98 m，校核洪水位252.11 m。三期工程從2003年到2007年12月。水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇洪水設(shè)計(jì)，1000年一遇洪水校核，設(shè)計(jì)洪水位265.77 m，校核洪水位268.11 m。壩高107.50 m，高程268.50 m，壩頂長(zhǎng)度508.30 m，壩頂平均寬10.00 m。溢洪道采用開(kāi)場(chǎng)式溢流堰，凈寬109.00 m，堰頂高程257.45 m。上面加有3.00 m高橡皮壩。水庫(kù)正常蓄水位257.45 m，死水位220.00 m，總庫(kù)容0.67億m3，興利庫(kù)容0.50億m3。

4 水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)在寶泉水庫(kù)的應(yīng)用

4.1 水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)置原則

寶泉水庫(kù)大壩水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是集水庫(kù)，計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信技術(shù)、監(jiān)測(cè)儀器、測(cè)量控制裝置于一體的系統(tǒng)工程。

本工程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施遵循的基本原則是：第一，滿足水庫(kù)今后長(zhǎng)期安全運(yùn)行需要的一套完善的安全監(jiān)測(cè)體系；第二，及時(shí)準(zhǔn)確地反映水庫(kù)運(yùn)行情況，要具有高度自動(dòng)化的測(cè)報(bào)系統(tǒng)；第三，監(jiān)測(cè)儀器要選擇可靠的、能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的；第四，滿足觀測(cè)需要，測(cè)點(diǎn)布置要堅(jiān)持少而精。

4.2 水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

寶泉水庫(kù)水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要具備信息采集、信息傳輸、信息處理的功能，由三部分組成，包括：監(jiān)測(cè)中心站(含信息管理)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)、傳輸介質(zhì)。由監(jiān)測(cè)中心站采集信息，再通過(guò)一定的傳輸介質(zhì)進(jìn)行信息傳輸。

4.2.1 監(jiān)測(cè)站

為達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用、維護(hù)方便、安全可靠的要求，寶泉水庫(kù)自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)站要根據(jù)寶泉水庫(kù)的使用條件布設(shè)相關(guān)水位站、流量站以及雨量站等監(jiān)測(cè)設(shè)備。監(jiān)測(cè)站這些監(jiān)測(cè)設(shè)備要根據(jù)《水文站網(wǎng)規(guī)劃》以及洪水預(yù)報(bào)調(diào)度要求進(jìn)行布設(shè)。目前雨量監(jiān)測(cè)站一般采用翻斗式雨量計(jì)，分辨力通常選擇0.50～1.00 mm；由于寶泉水庫(kù)是以防洪為注，兼顧灌溉等功能，因此雨量監(jiān)測(cè)站分辨力可以采用0.50 mm。

4.2.2 數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是MCU。該裝置采用完全模塊化結(jié)構(gòu)，多CPU并行運(yùn)行。在寶泉水庫(kù)+000 m、l+600 m處各設(shè)1個(gè)MCU。各測(cè)控單元(MCU)通過(guò)超短波電臺(tái)與監(jiān)控主創(chuàng)頗訊，從而形成寶泉水庫(kù)大壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

其中采集層是指負(fù)責(zé)收集、存儲(chǔ)、管理數(shù)據(jù)的軟件集合。通過(guò)約定采集層和分中心監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)傳輸，以及軟件規(guī)則可以在一定程度上解決不同RTU的信息采集傳輸問(wèn)題，如圖1所示。

圖1 基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸約定的采集層框架圖

4.2.3 信息傳輸方式

水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息傳輸方式非常復(fù)雜，監(jiān)測(cè)站通常情況下采取無(wú)人值守的方式運(yùn)行，以無(wú)線或者有線方式與分中心監(jiān)控機(jī)交換數(shù)據(jù)，分中心站主要負(fù)責(zé)對(duì)本轄區(qū)內(nèi)水文信息進(jìn)行接收、處理、上報(bào)和分發(fā)，并通過(guò)光纖鏈路將數(shù)據(jù)傳入中心站。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)及在寶泉水庫(kù)的應(yīng)用，使決策機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)了解水庫(kù)的水文信息，對(duì)水資源合理利用和分配提供了可靠的依據(jù)；正是由于水文信息及時(shí)準(zhǔn)確掌握，減少了調(diào)水損失，爭(zhēng)取調(diào)度時(shí)間，降低了防洪風(fēng)險(xiǎn)度。相信隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步,科技信息化的迅猛發(fā)展,水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)將會(huì)更廣泛應(yīng)用在防汛和水利調(diào)度中。

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