數(shù)字化水文水資源監(jiān)測模式探究

陳瑋

（湖南省郴州水文水資源勘測中心，湖南郴州423000）

1 引言

在現(xiàn)代水利行業(yè)的發(fā)展中，水文水資源監(jiān)測屬于一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，為管理部門提供了完善的水文信息，還可以向水利相關(guān)部門提供水情服務(wù)。在信息時(shí)代，水利部門需要充分利用信息技術(shù)，加快水文水資源數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程，促使水文水資源監(jiān)測模式向數(shù)字化進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為水文水資源監(jiān)測、水環(huán)境監(jiān)測跟蹤工作的有序開展提供支持，進(jìn)而提升監(jiān)測的整體效果。

2 數(shù)字化水文水資源監(jiān)測概述

數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成部分有傳感器、主控制器、通信模塊，這一系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、高效采集、處理和傳輸各項(xiàng)水文數(shù)據(jù)，為水資源管理、防汛抗旱工作提供數(shù)據(jù)支持。通過分析水文水資源監(jiān)測工作的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)了很多發(fā)展不平衡的問題，具體體現(xiàn)在水資源短缺、水環(huán)境污染、洪澇災(zāi)害等方面，直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾生產(chǎn)生活。因此，水利部門必須做好水資源開發(fā)、利用和管理工作，有效提升水資源監(jiān)測質(zhì)量?，F(xiàn)階段，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)功能日益完善，應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，能夠準(zhǔn)確預(yù)測水情變化及趨勢，這樣水利管理部門就能夠準(zhǔn)確預(yù)判水資源情況，及時(shí)預(yù)防用水安全風(fēng)險(xiǎn)，避免因旱澇災(zāi)害帶來的不利影響。

3 數(shù)字化水文水資源監(jiān)測模式結(jié)構(gòu)

3.1 傳感器

傳感器設(shè)備主要是采集水文水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)。常用的2 種傳感器分別是雨量傳感器和水位傳感器。降雨量是水文計(jì)算中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，通過分析各個(gè)區(qū)域的歷史降雨資料，可以判斷未來的水情變化情況，這樣管理部門就能夠提前防范旱澇災(zāi)害。雨量計(jì)是雨量傳感器的重要組成部分，翻斗式雨量計(jì)最為常用，其具有結(jié)構(gòu)簡單、計(jì)算準(zhǔn)確、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢。在水利行業(yè)的農(nóng)田灌溉、水庫、湖泊管理工作中，水位資料應(yīng)用范圍比較廣泛，水利部門可以根據(jù)水位資料，合理選擇灌區(qū)的灌溉方式，針對調(diào)水、排水的情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷?，F(xiàn)階段，水利部門普遍應(yīng)用自動(dòng)化水位傳感器，如浮子水位計(jì)、激光水位計(jì)等，現(xiàn)已取代了傳統(tǒng)的人工觀測水尺讀數(shù)方式[1]。

3.2 主控制器

在數(shù)字化水文監(jiān)測系統(tǒng)中，主控制器是其中的重要結(jié)構(gòu)，其性能直接決定著系統(tǒng)的整體性能，主控制器可以和其他模塊進(jìn)行有效連接，及時(shí)處理分析、儲(chǔ)存各項(xiàng)數(shù)據(jù)資料，隨后將ADC/DAC 在微型處理器中，為數(shù)據(jù)量形式變換提供支持。例如，水利部門利用ADC 技術(shù)放大信號(hào)，能夠擴(kuò)大微弱降雨量數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，還可以在主控制器中整合多個(gè)I/O端口，為系統(tǒng)升級(jí)提供便利，滿足擴(kuò)充的實(shí)際要求，延長微處理器的使用年限。

3.3 通信模塊

數(shù)據(jù)傳輸形式主要分成2 種，分別是有線傳輸和無線傳輸。無線傳輸在現(xiàn)代數(shù)字水文水資源監(jiān)測中得到了有效應(yīng)用。不受地形、自然環(huán)境的影響，無線傳輸模塊類型比較多，很多都是GPRS 通信，運(yùn)輸速度比較快，具有很強(qiáng)的兼容性，無須投入大量成本作為支持。通過選擇通信模式，提高監(jiān)測系統(tǒng)的整體性，能源消耗量少，滿足了水文監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求。

3.4 電源模塊

通常情況下，水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置在戶外，電纜線架設(shè)所需成本比較高。為了有效解決工程難題，減少成本的投入，水利部門會(huì)使用太陽能蓄電池供電，通過分析電壓、容量、溫度等各項(xiàng)指標(biāo)，其能夠在潮濕環(huán)境中運(yùn)行，這時(shí)可以選擇密封鉛酸蓄電池。除此之外，戶外工作對蓄電池設(shè)備供電持久性提出了嚴(yán)格要求，減少了電能消耗量，實(shí)行分區(qū)管理模式，確保其在陰雨環(huán)境中能正常運(yùn)行，提供可靠的電力能源支持。

4 數(shù)字化水文水資源監(jiān)測模式功能的實(shí)現(xiàn)

首先，水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器、控制器和通信模塊，針對降雨情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，采集更多的水文數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行處理，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸給水利部門，根據(jù)水文變化情況進(jìn)行判斷、分析，采取相應(yīng)的措施予以處理，如針對河流湖泊水位高于警戒水位的情況進(jìn)行監(jiān)視，利用水文資源監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測，在上游河流有大規(guī)模、連續(xù)降雨的情況下，提前做好防汛準(zhǔn)備工作，還可以打開湖泊閘口，提前做好洪水預(yù)防工作，減少洪水災(zāi)情問題的出現(xiàn)。

其次，在監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)置面向用戶的窗口。目前，很多水利部門建立了水文信息管理平臺(tái)，這一平臺(tái)針對水文資源監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)展，能夠確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的充分利用。同時(shí)，水文信息管理平臺(tái)可以做好上傳水文數(shù)據(jù)的二次處理工作，為人員管理、數(shù)據(jù)使用提供了支持，實(shí)現(xiàn)信息查詢功能，以滿足用戶對信息的各項(xiàng)需求。除此之外，水文信息管理平臺(tái)具有防洪報(bào)警功能，能夠事先報(bào)警，及時(shí)做出反應(yīng)，提高突發(fā)事件反應(yīng)能力，確保汛期的安全性。并且管理平臺(tái)能夠支持用戶信息驗(yàn)證、記錄，基礎(chǔ)資料模塊能夠綜合查詢當(dāng)?shù)厮畮?、河流湖泊的?shù)據(jù)和資料，以滿足人民群眾的資料查詢需求，及時(shí)添加、刪減、修改各項(xiàng)信息。

最后，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)具有信息發(fā)布系統(tǒng)，利用網(wǎng)頁制作技術(shù)，在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)布各項(xiàng)水文信息，用戶利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分了解當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，建立水文水資源監(jiān)控App，及時(shí)公布水利情況，有效地傳播各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提高水文水資源監(jiān)測的整體質(zhì)量。

5 數(shù)字化水文水資源監(jiān)測模式應(yīng)用效果

在水文水資源監(jiān)測過程中，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動(dòng)、快速完成水文監(jiān)測站的重要任務(wù)，數(shù)字信號(hào)容量比較大、傳輸速度快、抗干擾能力比較強(qiáng)，為計(jì)算機(jī)操作處理提供了便利，有利于采集更多準(zhǔn)確的水位、雨量等數(shù)據(jù)和信息，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性。同時(shí)，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)具有視頻監(jiān)控功能、實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，可以減少基層水文監(jiān)測人員的工作量，維護(hù)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高水文水資源監(jiān)測的整體效率。通過應(yīng)用數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)已達(dá)到98%以上的準(zhǔn)確率，接受處理信息誤碼率控制在2%以內(nèi)，傳輸信息誤差率控制在3%以內(nèi)，設(shè)備儀器完好率99%，傳輸信息暢通率達(dá)到100%。除此之外，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)有利于提高信息采集的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性，促使防汛抗旱信息量有所增加，將采集水情信息共享到互聯(lián)網(wǎng)中，通過應(yīng)用水情信息采集系統(tǒng)數(shù)字化優(yōu)勢，為防汛抗旱指揮、調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)還能夠利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，向人民群眾發(fā)布實(shí)時(shí)的水情、雨情信息，提高人民群眾的防災(zāi)意識(shí)，減少旱澇災(zāi)害帶來的不必要損失。

6 結(jié)語

綜上所述，在信息時(shí)代，數(shù)字化水文水資源監(jiān)測系統(tǒng)借助傳感技術(shù)、通信技術(shù)得到了快速發(fā)展，這一系統(tǒng)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)上報(bào)、查詢、報(bào)警等各項(xiàng)功能，為水利部門各項(xiàng)工作的開展提供了數(shù)據(jù)支持，在很大程度上推動(dòng)著水利行業(yè)的發(fā)展。