蚌埠市小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)探討

孫晶晶

（安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會）水利科學(xué)研究院（安徽省水利工程質(zhì)量檢測中心站），安徽 蚌埠 233000）

1 前言

蚌埠市共計62 座水庫，其中1 座是中型水庫，8 座已經(jīng)實現(xiàn)雨水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)，4 座水庫計劃進行除險加固，11 座水庫被列入降等水庫。根據(jù)安徽省水利廳對全省防汛工作的統(tǒng)一要求，以及安徽省小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)要求，共需新建38 座小型水庫的自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)蚌埠市小型水庫自動測報全覆蓋。

結(jié)合蚌埠市小型水庫實際現(xiàn)狀，利用物聯(lián)網(wǎng)及現(xiàn)代通信技術(shù)提升防汛工作質(zhì)量。建設(shè)雨水情自動測報系統(tǒng)可以全面提升小型水庫防汛預(yù)報預(yù)警能力，為防汛主管部門提供決策參考，有效提升安全監(jiān)管能力。

2 系統(tǒng)框架

蚌埠市小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)采用信息化技術(shù)，實現(xiàn)對蚌埠市各小型水庫雨情、水情等信息的自動采集、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)分析。各個雨水情自動測報站點是以終端設(shè)備（RTU）為數(shù)據(jù)終端核心設(shè)備，根據(jù)各站點類型配置相適應(yīng)的前端采集設(shè)備，如水位計、雨量計、太陽能板、蓄電池、通信終端（DTU）、充電控制器及相應(yīng)的防雷接地系統(tǒng)。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)在安徽省水利數(shù)據(jù)中心落地，部署后系統(tǒng)軟件能夠遠程與安徽省水文局水情中心數(shù)據(jù)互聯(lián)共享。

3 數(shù)據(jù)傳送及站點注冊

3.1 數(shù)據(jù)采集

終端遙測站一般采用主動上報或上報-確認兩種模式采集數(shù)據(jù)，各個遙測站點會針對每一類前端采集傳感器設(shè)置獨立的數(shù)據(jù)采集方法及數(shù)據(jù)通信通道。在主站端不發(fā)出指令進行召測的情況下，為節(jié)省數(shù)據(jù)流量及電量，遙測站RTU 采集終端及通信模塊通常處于待機工作狀態(tài)，這時的采集終端的耗電量極低，蓄電池等供電設(shè)備處于低功耗狀態(tài)，當(dāng)遠程主站端進行召測時，各遙測站點數(shù)據(jù)采集終端RTU 會自動觸發(fā)為工作模式，RTU 通過上位機指令將信息傳送至通信模塊，發(fā)送采集的數(shù)據(jù)。發(fā)送完成之后，為防止電量耗盡，遙測站RTU 會自動切換為待機工作低功耗值守狀態(tài)。如果采用上報-確認通信方式，測站會向主站端發(fā)送16 進制數(shù)據(jù)指令，待主站方接受到信息返回指令，如未收到信息或收到的信息有誤，測站會判斷后重發(fā)數(shù)據(jù)。為了確保主站端數(shù)據(jù)接收信息可靠無誤，首先會對發(fā)送的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)格式要求進行解析判斷，如果數(shù)據(jù)過長或者過短都不會對數(shù)據(jù)進行解析，那么遙測站會重新發(fā)送數(shù)據(jù)指令，直到數(shù)據(jù)長度及命令正確無誤，才會對數(shù)據(jù)進行接受并解析。上報-確認的機制能夠保證數(shù)據(jù)及時發(fā)送，通過解析方式能夠保證數(shù)據(jù)的正確無誤，休眠模式也可大大降低測站的耗電量及通訊流量。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸

新建的水庫自動雨水情監(jiān)測站采用總線集中接受方式，主站端是省中心平臺服務(wù)器，自動監(jiān)測站與省中心平臺鏈接的通信模式有很多種方式，例如無線公網(wǎng)、網(wǎng)橋、GPRS、4G 等，無線公網(wǎng)方式傳輸效果最佳。

為了統(tǒng)一監(jiān)測站與中心站點的通信方式及協(xié)議要求，各個雨水情自動監(jiān)測站點的各種傳感器（水位計、雨量計等）與RTU 遙測終端的接口及數(shù)據(jù)通信規(guī)約都要按照《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》（SL651-2014）要求進行設(shè)置。

3.3 數(shù)據(jù)接收

新建的水庫雨水情自動測報站采用集中數(shù)據(jù)總接收方式，數(shù)據(jù)落地在省水利數(shù)據(jù)中心服務(wù)器內(nèi)，存儲在雨水情測報系統(tǒng)總數(shù)據(jù)庫中，接收系統(tǒng)基于省水利數(shù)據(jù)平臺的中心服務(wù)器系統(tǒng)，進行升級完善。前段的數(shù)據(jù)接受軟件具備以下功能：

（1）實時接收雨量、水位、電壓等實時要素信息與物理狀態(tài)信息。其中原始雨量表借用《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符標準》（以下簡稱“標準庫”）中定量冰情表（表標識：ST_QTICEINF_R），原始雨量值使用冰流量字段（IQ ）；擴展關(guān)鍵字：為了保存測站報送的同一時間發(fā)生的多種原始雨量信息而特別設(shè)計的字段，擴展關(guān)鍵字按ASCII 碼表中@、A 到Z 順序使用。電壓表借用同標準庫中定性冰情表（表標識: ST_QLICEINF_R），電壓值使用相對距離字段（RLDSTN）；擴展關(guān)鍵字：為了保存測站報送的同一時間發(fā)生的多種電壓信息而特別設(shè)計的字段，擴展關(guān)鍵字按ASCII 碼表中@、A 到Z 順序使用。

（2）雨量的時段化處理。由接收軟件依據(jù)原始雨量表（表標識:ST_QTICEINF_R）信息，按照時段長為1 小時要求，進行時段化規(guī)整，跨整點后（如9時以后）的實時接收數(shù)據(jù)自動累計更新，除跨整點后首記錄以插入方式存儲外，后續(xù)累計更新數(shù)值以改寫模式寫入“標準庫”時段雨量表中（ST_PPTN_R），時間都以后整點值，即10 時。

（3）水位數(shù)據(jù)寫入“標準庫”水庫水情表（ST_RSVR_R）。

（4）水庫蓄水量依據(jù)實時水位關(guān)聯(lián)水情庫中庫（湖）容曲線表（ST_ZVARL_B）自動匹配；水庫下泄流量依據(jù)實時水位關(guān)聯(lián)溢洪道泄流關(guān)系表（ST_RSVRZQ_B）自動匹配。匹配后的蓄水量、下泄流量與水位一道寫入水庫水情表（ST_RSVR_R）。

（5）按照質(zhì)控閾值對監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量進行控制，超質(zhì)控閾值時進入交互選擇，確定入庫還是刪除處理；質(zhì)控閾值由接收系統(tǒng)的管理功能按照站類和站點水文特征設(shè)定，雨量、水位質(zhì)控閾值在遙測管理拓展表中配置（ST_STBPRP_B_YC）。

3.4 站點注冊

雨水情自動監(jiān)測站點監(jiān)測數(shù)據(jù)進入平臺前，需進行站點注冊，即站點基礎(chǔ)信息填報。其中標準類基礎(chǔ)信息（共性基礎(chǔ)信息、水庫工程信息、特征水位信息和關(guān)聯(lián)信息等），利用信息抽取服務(wù)由“水庫數(shù)據(jù)上報系統(tǒng)”統(tǒng)一導(dǎo)入。

注冊后的站點按照中心站給的配置標準信息，即可在省水利數(shù)據(jù)中心平臺上線。

4 站點分類

水位自動監(jiān)測站點的建設(shè)型式根據(jù)現(xiàn)場情況的不同，主要可分為島式、依附式、棧橋式、雷達式。

蚌埠市38 座小型水庫主要分布在市區(qū)及五河縣境內(nèi)，所有水庫的死水位高程及最大壩高的相對差值不到10m，因此在站點建設(shè)類型上全部為島式或依附式。

依附式自動水位站是采用PE 管材或者不銹鋼材質(zhì)制作的簡易測井，替代了標準水位井的自動水位站，又稱傍物固定式。對于現(xiàn)場建筑具備可做垂直依附結(jié)構(gòu)的水位站點，可以建設(shè)依附式自動水位站。

依附式水位測井一般要求采用不低于DN300 的不銹鋼管或PE 材質(zhì)管制成，當(dāng)依附建筑無法承受鋼管重量或依附面不便于使用膨脹螺栓，可根據(jù)實際情況采用PE 管。

測井高度根據(jù)每個水庫水位可測量程來確定，要求最高可測得水位值能夠達到壩頂高程以上0.2m，最低可測水位能夠達到水庫放水涵底板高程。

水位測井一般依附于放水涵閘構(gòu)筑物正面，為防止水庫放水時水體紊流使浮子與鋼繩纏繞，導(dǎo)致設(shè)備失效，在井管底部使用L 型聯(lián)通管，這樣能夠使水平進水管口避開泄流紊流區(qū)，防止水位波動。

對于現(xiàn)場無垂直可依附結(jié)構(gòu)的站點，可以建設(shè)島式自動水位站。島式自動水位站適用于不易受冰凌、船只及漂浮物撞擊的河道、湖泊和水庫。

簡易島式水位測井采用公稱外徑426mm、壁厚8mm 卷板鋼制作，測井高度根據(jù)各個水庫水位可監(jiān)測量程值確定，最低可測水位能夠達到庫區(qū)死水位值以下0.2～1.0m，最高可測水位值能夠達到壩頂以上0.2m。

簡易島式水位站基礎(chǔ)與基座采用不低于C25 標準的鋼筋混凝土預(yù)制；基礎(chǔ)尺寸不低于2.2m×2.2m×0.7m，基座尺寸為1.5m×1.5m×2.3m，上部埋設(shè)8 根M30×1200mm 基礎(chǔ)螺栓，用雙層6mm 環(huán)形鋼板固定螺栓使之與鋼結(jié)構(gòu)測井連接；基座中預(yù)埋不低于DN400PVC 材質(zhì)水管作為水位井，底部L 型進水管采用不低于DN355 管徑的PVC 材質(zhì)制成，進水管具體設(shè)置管徑及長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況來定，末尾端須安裝過濾鋼絲網(wǎng)以防雜物進入管內(nèi)。

5 結(jié)語

通過對蚌埠市小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)研究，為后期項目實施提供了技術(shù)基礎(chǔ)，該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)及現(xiàn)代通信技術(shù)豐富了防汛工作手段。自2020年建成以來，系統(tǒng)在防汛工作中得到充分應(yīng)用，通過新建、改造小型水庫雨水情自動測報系統(tǒng)，統(tǒng)籌推進了農(nóng)村基層防汛預(yù)報預(yù)警體系、小型病險水庫除險加固等項目建設(shè)，全面提升了水庫防汛預(yù)報預(yù)警和安全監(jiān)管能力，取得了良好的經(jīng)濟及社會效益■