水情測報系統(tǒng)在觀音閣水庫的應(yīng)用研究

陳強

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117110）

1 概述

水情測報自動化系統(tǒng)是水庫防洪與興利實現(xiàn)科學(xué)運用的前提。觀音閣水庫水情測報系統(tǒng)做為遼寧省中部地區(qū)防汛自動化系統(tǒng)的重要組成部分，它肩負著遼寧省太子河流域上游觀音閣水庫控制流域范圍的雨情，水情情報收集、傳輸及處理任務(wù)，該系統(tǒng)應(yīng)用好壞直接影響著遼寧中部地區(qū)的防汛大局。觀音閣水庫總庫容21.68億m3，控制流域面積2795km2，全流域均為山區(qū)，河道比降達3.5‰，且暴雨時空分布極為集中，這就造成流域具有產(chǎn)流量大，匯流快的特性，原有的人工報汛網(wǎng)在數(shù)據(jù)與處理方面均無法滿足觀音閣水庫實時調(diào)度要求，為了及時掌握水情情報，通過近些年的日益完善，觀音閣水情測報系統(tǒng)以其數(shù)據(jù)采集準確，傳輸歷時快，處理精度高的優(yōu)勢，為觀音閣水庫實時水情調(diào)度控制運用提供了科學(xué)依據(jù)。目前該系統(tǒng)應(yīng)用在國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2 系統(tǒng)組成

觀音閣水情測報系統(tǒng)由分中心站、中繼站、測站、無線通信傳輸方式組成。

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由一個分中心站、一個中繼站、一個壩上水位站、一個壩下水位站、二個閘位站、庫區(qū)北支四個雨量站（清河城、葦子峪、平頂山、杜家店）、庫區(qū)南支三個雨量站（南甸、南孤山、羊胡子溝）、一個觀音閣雨量站構(gòu)成。

2.2 通信方式

系統(tǒng)采用自報式工作體制并兼有通話功能，主信道采用230MHZ超短波信號傳輸為主，備用信道采用移動GPRS通信為輔。此種主備互換的傳輸方式特點，決定了系統(tǒng)實際工作中產(chǎn)生的穩(wěn)定效果，在“05813”大洪水期惡劣的氣候條件下得到了驗證，數(shù)據(jù)完整，收效顯著。

2.3 測站及中心構(gòu)成

測站由采集傳感器、終端機、電臺、天饋系統(tǒng)、太陽能電池組成，分中心服務(wù)器由WINDOWS2003操作系統(tǒng)、系統(tǒng)應(yīng)用軟件、SQL數(shù)據(jù)庫、接收機、搭載網(wǎng)絡(luò)組成，通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)自動向本局各工作站和省中心進行數(shù)據(jù)傳送，目前已經(jīng)實現(xiàn)了水雨情數(shù)據(jù)資源共享。

3 發(fā)展應(yīng)用

水情測報系統(tǒng)做為觀音閣水庫工程運用和控制決策的“耳目”，極其關(guān)鍵。它的發(fā)展提高，目的就是要增強觀音閣水庫水情實時監(jiān)控管理能力，提高水庫水事信息處理效率，實現(xiàn)科學(xué)調(diào)度現(xiàn)代化。觀音閣水情測報系統(tǒng)從無到有，通過不間斷地探索發(fā)展，在這漫長的十余年間，先后與河海大學(xué)、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、南京水利水文自動化所合作應(yīng)用實際。運用各個時期新技術(shù)，對測報系統(tǒng)軟、硬件產(chǎn)品設(shè)備不斷升級完善，實現(xiàn)了準確數(shù)據(jù)的采集、實時傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定，取得了階段性的成績，板卡上，從晶體管到大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，設(shè)備上，從LH3300系列遙測終端到Y(jié)DH-1A型遙測終端的應(yīng)用。管理上，從獨立的數(shù)據(jù)接收模式到網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)的整合與遠程調(diào)用，應(yīng)用軟件上，從單機版到網(wǎng)絡(luò)版的應(yīng)用，操作上，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫輸入地址即可輕松獲取柱狀圖、過程線、日報表、月報表、年報表等實時數(shù)據(jù)，一目了然，新功能模塊進一步的補充完備，系統(tǒng)每一部分的實際應(yīng)用，無不彰顯了觀音閣水庫水情管理現(xiàn)代化“質(zhì)”的飛躍發(fā)展。

3.1 壩上水位井防凍處理

壩上水位站位于大壩擋水面BL7#壩段處，采用浮子式WFH-2型細井水位計采集數(shù)據(jù)，水位產(chǎn)生變化時，主要依靠浮子牽動鋼絲繩帶動水位輪和軸角式機械編碼器轉(zhuǎn)動實時向中心站傳送水位數(shù)據(jù)信息。由于北方冬季氣候寒冷，水面封凍期間，浮子和重錘極易發(fā)生冰凍，直接影響到枯水期水位數(shù)據(jù)的正常觀測采集，浮子一旦與水面產(chǎn)生冰凍，只能通過加熱解凍，加上施工作業(yè)面位于冰面上，危險度高，為此，通過摸索實踐，由于油的密度小于水的密度，根據(jù)45#變壓器油具有凝固點低的特性，在每年封凍期前，采取向封閉的細井內(nèi)灌注一定量的45#變壓器油，保證了枯水期水位數(shù)據(jù)的連續(xù)觀測采集。實際運行中測井未再出現(xiàn)結(jié)凍現(xiàn)象，收到了良好的效果，節(jié)約了由于施工產(chǎn)生的人員和材料的費用，提高了冬季水位計的作業(yè)能力。

3.2 中繼設(shè)備改遷增效

觀音閣水情測報系統(tǒng)內(nèi)建8個雨量測站，其中7個雨量測站分布在庫區(qū)的北部、東北部、東南部，距離中心站幾十甚至上百公里，設(shè)立的中繼站，主要負責(zé)完成距離較遠的7個雨量測站雨情數(shù)據(jù)信息的接收與轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。由于觀音閣水庫控制流域面積內(nèi)高山起伏，地形復(fù)雜，致使數(shù)據(jù)無線電通信信號傳輸質(zhì)量較差，通過作圖和站網(wǎng)規(guī)劃，遂在中心站東南方向本溪縣境內(nèi)海拔高度1254米的韭才頂子峰設(shè)一級中繼，東南方向撫順新賓縣內(nèi)海拔高度750米的大頂子峰設(shè)二級中繼，由于山高，電磁波傳輸未受到影響，數(shù)據(jù)傳輸效果良好。

在大量實際工作實踐中，發(fā)現(xiàn)新問題，由于山高加上山路崎嶇難行，一旦中繼出現(xiàn)突發(fā)問題，僅登山一項維護工作就需歷時4個多小時之久，算上車程，系統(tǒng)修復(fù)時間最短也需6小時之久，大大降低了系統(tǒng)的通暢率。經(jīng)過自行總結(jié)和可行性研究，通過信道實地重新電測，選用本溪縣八盤嶺(本溪縣廣播電視中轉(zhuǎn)站)建立備用中繼站，該站具有1小時行車路程內(nèi)即可直接到達山頂?shù)膬?yōu)勢。滿足了在短時間內(nèi)完成突發(fā)情形下系統(tǒng)搶修任務(wù)的需要，試運行期間傳輸效果穩(wěn)定良好，系統(tǒng)可靠性強，達到了系統(tǒng)應(yīng)用要求。為了彌補高山眾多，降低電磁波衰減造成的影響，提升備用中繼傳輸數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性，相應(yīng)采取了一定措施。

3.2.1 增強發(fā)射機功率

在分布傳輸距離較遠的7個雨量基站終端處，將原來230MHZ的5W無線電發(fā)射機功率增加至25W。

3.2.2 提高接收機靈敏度

在八盤嶺備用中繼站中繼終端處，相應(yīng)的接收機靈敏度10mV/m提高至6mV/m。

4 結(jié)論

觀音閣水情測報系統(tǒng)自動化技術(shù)含量高，故障率低，養(yǎng)護工作效率高，在同行業(yè)系統(tǒng)應(yīng)用創(chuàng)新中處于領(lǐng)先。無論測報技術(shù)將來如何發(fā)展，“穩(wěn)定”二字始終是系統(tǒng)應(yīng)用好壞的核心問題，自動化程度再高，系統(tǒng)工作狀態(tài)不穩(wěn)定造成數(shù)據(jù)傳輸中斷，導(dǎo)致水雨情數(shù)據(jù)信息無法獲取，如果那樣，一切都是空談。如何采取更為有效的措施，盡可能降低系統(tǒng)故障發(fā)生率，提高穩(wěn)定性能，縮短維護時間，實現(xiàn)真正意義上的“自動化”，始終是水情測報系統(tǒng)發(fā)展的研究重點。其次，測報系統(tǒng)傳輸通信模式的選擇是極為重要的，觀音閣水情測報系統(tǒng)在“05813”大洪水期間，在移動基站受到損壞的情況下仍無雨情缺測現(xiàn)象發(fā)生，典型的優(yōu)勢在于主信道采用了獨立的超短波傳輸模式，主信道、備用信道全部依托移動基站，例如GPRS專線、SMS短信，一旦移動基站受損，短時間無法恢復(fù)，系統(tǒng)中斷也就不可避免。所以說，只有提高水情測報系統(tǒng)的穩(wěn)定能力，加強數(shù)據(jù)實時精確性，才能提高水庫的水情調(diào)度控制運用能力和防汛指揮決策水平，才能真正實現(xiàn)水庫現(xiàn)代化管理的可持續(xù)發(fā)展。