安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)

馬 順 楊玉喜

(1.安徽省(水利部淮河水利委員會)水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 233088；2.安徽省水利廳，安徽 合肥 230022)

1 項(xiàng)目背景

水庫安全問題始終備受黨中央、國務(wù)院及水利部重視。2019年8月，為進(jìn)一步加強(qiáng)水庫防汛信息管控能力建設(shè)，提升水庫防汛指揮調(diào)度、預(yù)報(bào)預(yù)警信息保障水平，安徽省水利廳、安徽省財(cái)政廳研究制定并印發(fā)了《全省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)工作方案》(皖水災(zāi)防〔2019〕88號)，開展安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)全覆蓋項(xiàng)目建設(shè)，經(jīng)有關(guān)市確認(rèn)并報(bào)水利廳備案，全省需新建、改造小型水庫雨水情自動測報(bào)站點(diǎn)3904座，其中新建3520座，改造384座，要求2020年底前基本完成建設(shè)任務(wù)。

2 現(xiàn)狀分析

2007—2020年，安徽省先后通過實(shí)施病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固、山洪災(zāi)害防治非工程措施、農(nóng)村基層防汛預(yù)報(bào)預(yù)警體系建設(shè)項(xiàng)目及地方自建等項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了小(1)型及以上規(guī)模水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)的全覆蓋，并對部分重點(diǎn)小(2)型水庫也建設(shè)了雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)。而在這些年防汛實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，目前安徽省水庫在監(jiān)測預(yù)警及防汛調(diào)度方面仍然存在明顯的薄弱環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

a.安徽省小水庫基數(shù)大，自動測報(bào)覆蓋面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。全省注冊登記的小型水庫有5861座，通過不同途徑已有1464座小型水庫建設(shè)了雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)，而隨著近年極端氣候天氣頻發(fā)，水庫自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)覆蓋率顯然不滿足實(shí)際防汛工作的需求。

b.建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，設(shè)備在線率大受影響。由于多個項(xiàng)目制定的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、技術(shù)要求不一樣，導(dǎo)致1464座小型水庫中有384座因建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、設(shè)備老化等原因必須更新改造，一定程度影響了關(guān)鍵時刻對水庫雨水情的正常監(jiān)測。

c.數(shù)據(jù)落地不統(tǒng)一，存在大量水庫信息孤島。早期省水利廳建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)一般落地在水利廳，省水文局建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)落地在水文部門，但市級、縣級建設(shè)項(xiàng)目大多數(shù)據(jù)落地為市級或縣級水利部門，因而存在大量水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)信息孤島，數(shù)據(jù)格式、接口要求各異，難以共享互通。

3 建設(shè)目標(biāo)

牢固樹立“兩個堅(jiān)持，三個轉(zhuǎn)變”防災(zāi)減災(zāi)新理念，全面落實(shí)“信息精準(zhǔn)、指揮精準(zhǔn)、措施精準(zhǔn)”目標(biāo)要求，加快推進(jìn)小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)。到2021年汛前，實(shí)現(xiàn)全省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)全覆蓋，省市縣互聯(lián)互通、信息共享，為水庫防汛指揮調(diào)度、預(yù)報(bào)預(yù)警提供信息保障，努力減輕洪災(zāi)損失，確保人民群眾生命安全。

4 建設(shè)原則

a.全面覆蓋，完善提升。針對小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)覆蓋率不高的問題，凡是未建雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)的，應(yīng)全部納入建設(shè)范圍，實(shí)現(xiàn)雨水情自動測報(bào)全覆蓋。對已建雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)，但部分存在設(shè)備設(shè)施不完善、故障頻發(fā)問題的，進(jìn)行改造或重建，保證系統(tǒng)完好。

b.統(tǒng)籌安排，規(guī)范實(shí)施。認(rèn)真核定各地需要建設(shè)和改造的水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)數(shù)量，其中已納入農(nóng)村基層預(yù)警、山洪災(zāi)害非工程措施等項(xiàng)目建設(shè)的，由相關(guān)專項(xiàng)負(fù)責(zé)實(shí)施，其余建設(shè)任務(wù)由省級分解下達(dá)各相關(guān)市縣組織實(shí)施。省水利廳組織編制技術(shù)指導(dǎo)書，統(tǒng)籌安排好建設(shè)內(nèi)容、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施步驟和工作要求，保證項(xiàng)目建設(shè)的規(guī)范性、科學(xué)性、針對性、實(shí)效性。

c.分級負(fù)責(zé)，嚴(yán)格管理。省級負(fù)責(zé)對各地督促指導(dǎo)；市級對市本級建設(shè)任務(wù)負(fù)主體責(zé)任，并對全市建設(shè)任務(wù)負(fù)總責(zé)，加強(qiáng)對縣級的督促指導(dǎo)；縣級對所屬建設(shè)任務(wù)負(fù)主體責(zé)任。相關(guān)市縣要參照基建程序嚴(yán)格實(shí)行“四制”，落實(shí)各環(huán)節(jié)責(zé)任，加強(qiáng)建設(shè)管理、資金管理和建后運(yùn)行維護(hù)，確保建一處、成一處、正常運(yùn)行一處。

5 建設(shè)內(nèi)容

5.1 系統(tǒng)總體框架

安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)采用信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對各小型水庫雨水情信息的自動采集、傳輸與分析。各自動測報(bào)站點(diǎn)以RTU遙測終端為核心，根據(jù)站點(diǎn)類型配置相應(yīng)水位計(jì)、雨量計(jì)、通信終端、太陽能電池板、充電控制器、蓄電池以及防雷接地系統(tǒng)。根據(jù)前期建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，本次自動測報(bào)站點(diǎn)水位觀測設(shè)備原則上采用浮子式水位計(jì)，雨量觀測設(shè)備采用翻斗式雨量計(jì)。為提高測報(bào)可靠性，以及兼顧浮子式傳感器的穩(wěn)定性與監(jiān)測量程，自動測報(bào)站點(diǎn)建設(shè)的同時輔以人工觀測水尺，實(shí)現(xiàn)高、中、低水位監(jiān)測穩(wěn)定，并在共測量程內(nèi)實(shí)現(xiàn)互相檢驗(yàn)。

根據(jù)《安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)要求》，本次建設(shè)的雨水情自動監(jiān)測站點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過安徽省省級雨水情統(tǒng)一采集軟件在省中心落地，落地后通過升級后的共享交換軟件實(shí)現(xiàn)與安徽省水文局水情遙測數(shù)據(jù)的共享交換。安徽省小型水庫雨水情測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)總體框架見圖1。

圖1 安徽省小型水庫雨水情測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)總體框架

5.2 采集傳輸技術(shù)要求

5.2.1 站點(diǎn)編碼要求

小型水庫雨水情自動測報(bào)站點(diǎn)由省水文局以縣級為單位按照國家水文標(biāo)準(zhǔn)《水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)》(SL 330—2005)進(jìn)行站點(diǎn)統(tǒng)一編碼[12]，由省水文局統(tǒng)一負(fù)責(zé)。新建小型水庫水位雨量遙測站的結(jié)構(gòu)組成、通信規(guī)約、設(shè)備要求等必須符合《水文自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 41368—2022)、《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》(SL 651—2014)和《水文自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備遙測終端機(jī)》(SL/T 180—2015)的規(guī)定。

5.2.2 信息傳輸要求

a.站點(diǎn)通信方式。新建水庫自動監(jiān)測站采用集總接收模式，接收地點(diǎn)在水利數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，自動監(jiān)測站與省中心平臺的通信方式優(yōu)先采用無線公網(wǎng)，包括5G、4G、3G、GPRS、GSM通信。無線公網(wǎng)不能覆蓋的地區(qū)或有特殊要求的站點(diǎn)可選用衛(wèi)星等通信方式。

b.站點(diǎn)通信協(xié)議。自動監(jiān)測站點(diǎn)的傳感器(水位計(jì)、雨量計(jì))與RTU遙測終端的接口及數(shù)據(jù)通信協(xié)議、自動監(jiān)測站與省中心平臺之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議要嚴(yán)格按照《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》(SL 651—2014)執(zhí)行。

5.2.3 信息交換要求

a.實(shí)時信息交換。實(shí)時信息在前置機(jī)解碼入庫后，利用水利部信息中心交換軟件交換共享。路由：省水利數(shù)據(jù)中心→省水情中心。市、縣級水行政主管部門以及相關(guān)防汛指揮部門所需信息直接從信息中心交換。

b.基礎(chǔ)信息交換。第一步由水利廳職能部門調(diào)用水利數(shù)據(jù)中心信息抽取服務(wù)，從水利工程數(shù)據(jù)庫中抽取所需信息，存儲于接收端屬地(水利數(shù)據(jù)中心)的“標(biāo)準(zhǔn)庫”相應(yīng)表項(xiàng)中；第二步由信息交換軟件共享到省水情中心。

5.3 防雷供電要求

5.3.1 防雷接地要求

為了保護(hù)測報(bào)站區(qū)域內(nèi)建筑物、人員及設(shè)備不受雷擊危害，需對測報(bào)站采取有效的防雷措施。

a.防雷措施。設(shè)備選型時充分考慮設(shè)備的可靠性，選擇通過國際或國內(nèi)EMC認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證的產(chǎn)品；交流電源線進(jìn)出端口安裝性能可靠的專用防雷器；根據(jù)每個雨量遙測站的具體現(xiàn)場環(huán)境，在處地空曠、室外或比較容易著雷的站點(diǎn)旁加裝高出天線的避雷針，避雷針可靠接在接地網(wǎng)上，接地電阻小于4Ω。

b.建筑物接地方案。采用均衡接地網(wǎng)方式埋設(shè)防雷接地體，接地網(wǎng)可以采用環(huán)形埋設(shè)方式。若打入四根樁接地電阻不能滿足要求，則進(jìn)一步拉開距離增加打接地樁，土質(zhì)少的地質(zhì)條件下還應(yīng)采用降阻劑等措施使接地電阻達(dá)到要求值。

5.3.2 供電設(shè)計(jì)要求

站點(diǎn)供電設(shè)計(jì)的原則是“連續(xù)陰雨天工作時間須不少于30天”。各個監(jiān)測站采用“太陽能+蓄電池直流浮充”供電方式。設(shè)計(jì)采用24W太陽能板38AH蓄電池。供電系統(tǒng)的電池電壓情況定期通過RTU報(bào)送到中心站，便于管理人員掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。

5.4 建設(shè)位置要求

a.自動水位監(jiān)測站點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在岸邊順直、水位代表性好、不易淤積的位置。浮子水位計(jì)的浮子避免位于放水涵、放水閘等水工建筑物泄流的紊流區(qū)，避免浮子與平衡錘間鋼繩纏繞，導(dǎo)致儀器失效。每個自動水位監(jiān)測站點(diǎn)增設(shè)水尺樁或直讀式水尺，可以在現(xiàn)場直觀觀測水位，并在水尺樁附近設(shè)置校核水準(zhǔn)點(diǎn)2個。站點(diǎn)建成后要有防破壞、防攀爬、防溺水等警示標(biāo)志及措施。

b.自動雨量站建設(shè)時采用0.5mm翻斗式雨量計(jì)，儀器安裝要平穩(wěn)牢固，器口保持水平，距地面(安裝面)高度70cm。雨量自動采集RTU原則上與水位監(jiān)測共用，即雨量監(jiān)測站碼與水位監(jiān)測站碼一致。有關(guān)要求詳見《降水量觀測規(guī)范》(SL 21—2015)[16]。

5.5 量程要求

水位監(jiān)測量程既要滿足防汛需要，也要滿足干旱水源評價(jià)需要。水位計(jì)最低可測水位須在死水位以下0.1～1.0m；當(dāng)歷史最低水位低于死水位時，水位計(jì)最低可測水位須在歷史最低水位以下0.1m。水位計(jì)最高可測水位為水庫壩高以上0.2m。

5.6 站點(diǎn)形式要求

根據(jù)水庫現(xiàn)場建設(shè)環(huán)境，因地制宜，自動水位站建設(shè)形式主要分為依附式、簡易島式、棧橋式3種(見圖2)。

圖2 自動水位站建設(shè)形式

a.依附式。依附式水位測井采用不低于DN300的熱鍍鋅鋼管或PE管制成，當(dāng)依附建筑無法承受熱鍍鋅鋼管重量或依附面不便于用膨脹螺栓固定測井時，可根據(jù)實(shí)際情況采用PE管制作水位測井。水位測井一般依附于放水涵閘構(gòu)筑物正面，為避免水庫放水時水體紊流作用引起浮子與平衡錘間鋼繩纏繞導(dǎo)致儀器失效，井管底部增設(shè)L形聯(lián)通管，使水平進(jìn)水管口避開泄流紊流區(qū)。在水位測井底部管壁上開0.3m×0.4m活動窗口，利用吸沙泵清淤；井管底部設(shè)濾網(wǎng)以防雜物進(jìn)入。

b.簡易島式。簡易島式水位測井采用DN400熱鍍鋅卷板鋼制作，測井高度根據(jù)水庫水位監(jiān)測量程確定，最高可測水位須達(dá)到壩頂高程以上0.2m，最低可測水位須達(dá)到水庫死水位以下0.1～1.0m。簡易島式水位站基礎(chǔ)與基座采用C25鋼筋混凝土預(yù)制；基礎(chǔ)尺寸不低于2.2m×2.2m×0.7m，總埋深不低于3m；基座尺寸為1.5m×1.5m×2.3m；基座中預(yù)埋DN400PVC管作為水位井筒，底部采用DN355PVC制成L形水平聯(lián)通管伸入庫區(qū)，進(jìn)水管具體設(shè)置長度視現(xiàn)場情況而定，末梢設(shè)置濾網(wǎng)以防雜物進(jìn)入。簡易島式水位站一般布設(shè)于水庫庫角側(cè)坡或主壩迎水邊坡，若水位站建于水庫主壩邊坡，建站后須嚴(yán)格按原樣式恢復(fù)護(hù)坡，不得降低主壩防滲標(biāo)準(zhǔn)，回填土需分層人工夯實(shí)。

c.棧橋式。簡易棧橋式水位測井采用不低于DN300的熱鍍鋅鋼管或PE管制成，測井高度根據(jù)水庫水位監(jiān)測量程確定，最高可測水位須達(dá)到壩頂高程以上0.2m，最低可測水位須達(dá)到水庫死水位以下0.1～1.0m；棧橋橋身、橋墩、排架、基礎(chǔ)均采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆制作；橋身板梁凈寬1.5m；橋墩為雙柱結(jié)構(gòu)，柱斷面尺寸為0.4m×0.4m，豎向每隔2.1m設(shè)置排架。簡易棧橋式水位站一般建于水庫側(cè)坡，部分水庫受地形或水位監(jiān)測量程等條件限制需將簡易井棧橋式水位站建于主壩迎水邊坡，建站后須嚴(yán)格按原樣式恢復(fù)護(hù)坡，不得降低主壩防滲標(biāo)準(zhǔn)，回填土需分層人工夯實(shí)。

6 建設(shè)管理

2019年8月16日，為規(guī)范安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)管理工作，保證建設(shè)質(zhì)量和進(jìn)度，安徽省水利廳研究制定了《安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)管理辦法》。省水利廳負(fù)責(zé)制定《安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)要求》，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)指導(dǎo)工作開展，安徽省水文局負(fù)責(zé)監(jiān)督指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施，并承擔(dān)項(xiàng)目技術(shù)支撐及省級集總接收平臺建設(shè)任務(wù)，各市水行政主管部門負(fù)責(zé)組織轄區(qū)內(nèi)縣級水行政主管部門編制項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施方案，督導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)施?？h級水行政主管部門負(fù)責(zé)組建小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目法人，具體負(fù)責(zé)項(xiàng)目的建設(shè)管理工作。同時還要求各市、縣應(yīng)建立管理工作責(zé)任制，明確職責(zé)，確保項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量和進(jìn)度。

7 結(jié) 語

安徽省小型水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)施，將補(bǔ)齊安徽省水庫雨水情自動測報(bào)系統(tǒng)的覆蓋短板，有了全省水庫實(shí)時雨水情數(shù)據(jù)這一有力監(jiān)測“抓手”，將為安徽省全境及時預(yù)報(bào)預(yù)警及人員轉(zhuǎn)移提供重要數(shù)據(jù)支撐。下一步可從水庫大壩安全層面上，開展大壩安全運(yùn)行監(jiān)測方面研究，確保工程安全和度汛安全。在發(fā)揮水庫防洪作用層面上，開展水庫群聯(lián)合調(diào)度研究，充分發(fā)揮水庫攔洪削峰錯峰作用，減輕下游防洪壓力。在節(jié)約運(yùn)維費(fèi)用層面上，開展云端智能化運(yùn)維等新技術(shù)研究，使運(yùn)維費(fèi)用發(fā)揮最大效益。