數(shù)字化水文水資源監(jiān)測(cè)模式探究

仇東山，蔣國(guó)民，于詢鵬

（1.濟(jì)南市水文局，濟(jì)南250014；2.青島市水文局，山東 青島266000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和信息技術(shù)的進(jìn)步，一些新的科技技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了信息交流和傳遞效率的提升。水利產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，水文水資源監(jiān)測(cè)和管理工作是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，監(jiān)測(cè)部門(mén)在為水利管理提供相關(guān)數(shù)據(jù)信息的同時(shí)，也需要為社會(huì)其他與水利相關(guān)的企業(yè)提供信息服務(wù)，因此，加強(qiáng)水文水資源監(jiān)測(cè)模式的探究至關(guān)重要，新的發(fā)展時(shí)期，要充分借助現(xiàn)代化信息技術(shù)，加快水文水資源監(jiān)測(cè)的數(shù)字化進(jìn)程，從而提升水文水資源監(jiān)測(cè)及對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)跟蹤能力，更好地適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 水文水資源監(jiān)測(cè)工作的必要性分析

水文水資源監(jiān)測(cè)工作是對(duì)水資源的變化情況進(jìn)行檢測(cè)，做好質(zhì)量評(píng)估，從而獲取相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為國(guó)家和政府在水資源的開(kāi)發(fā)利用、管理、保護(hù)等方面提供科學(xué)依據(jù)。在多年發(fā)展中，監(jiān)測(cè)工作在水資源的開(kāi)發(fā)利用中，提供了大量的數(shù)據(jù)信息，發(fā)揮了重要的作用。但結(jié)合當(dāng)前水文水資源監(jiān)測(cè)工作的發(fā)展現(xiàn)狀，也存在發(fā)展不平衡的問(wèn)題。當(dāng)前水資源短缺、水資源環(huán)境污染、洪澇災(zāi)害等問(wèn)題，依然影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活。要做好水資源的開(kāi)發(fā)利用和管理，必須重視提升水資源監(jiān)測(cè)的水平和質(zhì)量，這是水資源管理和保護(hù)的基礎(chǔ)和前提【1】。

3 數(shù)字化水文監(jiān)測(cè)概述及設(shè)計(jì)原則分析

當(dāng)前發(fā)展階段，我國(guó)為推動(dòng)水利事業(yè)的發(fā)展，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，制定了相關(guān)的法律規(guī)范文件，這些都是我國(guó)水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作開(kāi)展的依據(jù)，在具體的設(shè)計(jì)中，要遵循一定的原則，才能確保整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)性。

3.1 可靠性原則

要確保水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的順利運(yùn)作，需要借助傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)作中，部分傳感器安裝在戶外環(huán)境中，在外部因素影響較大的情況下，需要在其外部增加相關(guān)的保護(hù)裝置，從而減少惡劣天氣對(duì)傳感器的影響，并進(jìn)而完成系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，保證整個(gè)系統(tǒng)在陰雨天氣或是無(wú)人操作的情況下，能正常實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集功能。

3.2 實(shí)用性原則

水利管理工作中涉及的項(xiàng)目和人員較多，人員管理難度相對(duì)較大，加上人員隊(duì)伍的素質(zhì)參差不齊，需要操作系統(tǒng)自身有良好的人機(jī)界面，一定程度上降低操作的難度，也能更直觀地顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)。除此之外，系統(tǒng)要能具有自我診斷故障的能力，實(shí)用性更強(qiáng)。

3.3 經(jīng)濟(jì)性原則

要更大范圍地推廣數(shù)字化水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，必須考慮其中的經(jīng)濟(jì)成本。設(shè)計(jì)人員在考慮系統(tǒng)先進(jìn)性和科學(xué)性的同時(shí)，需要選擇性價(jià)比高的技術(shù)，利用有效的資源，發(fā)揮更高的價(jià)值【2】。

4 數(shù)字化水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模式的探究

4.1 數(shù)字化水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

1）傳感器模塊。傳感器設(shè)備主要用于采集數(shù)據(jù)。在水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，一般包括降雨傳感器和水位傳感器。在水文統(tǒng)計(jì)中，降雨量是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)降雨量的分析，計(jì)算出未來(lái)該地區(qū)降雨量的變化，為管理部門(mén)做好抗旱防汛工作提供依據(jù)。雨傳感器的主要部件是雨量器，雨量器的種類很多，如翻斗式雨量計(jì)，簡(jiǎn)單操作，計(jì)算準(zhǔn)確。在水利工業(yè)的發(fā)展中，水文資料在農(nóng)田灌溉和湖泊管理中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)水位變化的數(shù)據(jù)，選擇合適的灌溉方法，確定是否需要排水和引水。當(dāng)前中國(guó)一般采用的是自動(dòng)化水位傳感器。

2）主控制器模塊。水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是主控制器，其決定了整個(gè)系統(tǒng)的性能。主控制器與其他模塊相連，對(duì)數(shù)據(jù)資料加以處理和存儲(chǔ)、控制。微處理器能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)形式的變換，更好地提升數(shù)據(jù)處理的精確度。

3）通信模塊。在數(shù)據(jù)傳輸中，通常包括有線和無(wú)線傳輸。在當(dāng)前的數(shù)字水文和水資源監(jiān)測(cè)中，無(wú)線傳輸最為普遍，不受地形和自然環(huán)境的影響，可以很好地滿足工程環(huán)境的需求。無(wú)線傳輸模塊的類型有很多，其中大多數(shù)是GPRS 通信。其運(yùn)輸速度較快，兼容性更好，且成本較低，選用這種通信模式，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體性較強(qiáng)，能耗相對(duì)較低，能更好地滿足水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的要求。

4）電源模塊。水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多設(shè)置在戶外，電纜線的架設(shè)成本相對(duì)較高，為減少工程成本，減小工程難度，一般采用太陽(yáng)能蓄電池供電，考慮其電壓、容量、溫度等指標(biāo)，要考慮其能在潮濕的環(huán)境中運(yùn)行，因此可以選擇密封鉛酸蓄電池。在戶外工作，對(duì)蓄電設(shè)備的供電持久性有較高的要求，并降低電能的消耗，可采取分區(qū)管理的方式，確保其在陰雨環(huán)境中，電池能為系統(tǒng)的正常運(yùn)作提供可靠的電能【3】。

4.2 數(shù)字化水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

1）水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)傳感器、通信、控制器等模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)降雨的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采集相應(yīng)的水文數(shù)據(jù)和相關(guān)資料進(jìn)行處理，將所得數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿?。根?jù)水文變化情況進(jìn)行判斷分析，確定是否需要采取相應(yīng)措施。如監(jiān)視的河流和湖泊的水位低于警戒水位，同時(shí)水文資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)，如果有大規(guī)模和連續(xù)降雨在上游河流，防汛準(zhǔn)備工作需要提前做，要打開(kāi)湖泊閘口，提前預(yù)防游洪水，避免洪水災(zāi)情出現(xiàn)。

2）必須在監(jiān)視系統(tǒng)中設(shè)置面向用戶的窗口。當(dāng)?shù)匾恍┧块T(mén)已經(jīng)建立了水文信息管理平臺(tái)，作為水文資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的擴(kuò)展，以更充分地利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。水文信息管理平臺(tái)可以對(duì)上傳的水文數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，更有利于人員管理和數(shù)據(jù)使用。平臺(tái)內(nèi)部的實(shí)時(shí)信息資料，可以實(shí)現(xiàn)信息查詢功能，滿足不同用戶對(duì)信息的不同需求。此外，該平臺(tái)還具有防洪報(bào)警功能，可以預(yù)先報(bào)警并及時(shí)做出反應(yīng)，從而提高了突發(fā)事件的反應(yīng)能力，確保汛期的安全。管理平臺(tái)主要是確保系統(tǒng)和平臺(tái)的安全性，支持用戶信息驗(yàn)證和記錄。對(duì)于基礎(chǔ)資料模塊，包含當(dāng)?shù)厮兴畮?kù)、河流湖泊的數(shù)據(jù)資料，并綜合其查詢功能，可以更好地滿足人們的資料查詢需求，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的添加、刪減和修改【4，5】。

3）數(shù)字化水文水資源檢測(cè)系統(tǒng)還有信息發(fā)布功能，依托網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布水文信息，用戶可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)了解當(dāng)?shù)氐乃闆r，同時(shí)，可以建立水文水資源監(jiān)控App，公布水利情況，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳播。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在信息技術(shù)發(fā)展中借助傳感技術(shù)、通信技術(shù)建立發(fā)展起來(lái)的，在水利行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，具有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)、查詢、報(bào)警等功能，能為管理人員提供科學(xué)依據(jù)。新的發(fā)展階段，要加強(qiáng)數(shù)字化水文水資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，重視信息管理平臺(tái)的構(gòu)建，充分發(fā)揮其在水利管理和防洪抗旱中的作用，促進(jìn)水利的現(xiàn)代化發(fā)展。