滕萬(wàn)軍

(哈爾濱市磨盤(pán)山水庫(kù)管護(hù)中心,哈爾濱 150001)

1 概 述

隨著無(wú)線遙測(cè)技術(shù)的逐步發(fā)展,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)也不斷得到完善和提升。在水利基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域,特別是大型水庫(kù)日常運(yùn)行管理過(guò)程中,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的工作。水庫(kù)通過(guò)建設(shè)多個(gè)中心站和水文站,利用YDH-1終端機(jī)進(jìn)行雨量和水位遙測(cè),再利用GPRS無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)管理,并將數(shù)據(jù)傳送至分中心站進(jìn)行統(tǒng)一分析。而水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)用,不僅可為水庫(kù)的排洪與泄洪提供較為準(zhǔn)確和充足的信息[1],還可為水庫(kù)的安全度汛、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供重要的支持,為水庫(kù)發(fā)揮防洪、灌溉、供水等綜合功能提供數(shù)字保障。目前,水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外水庫(kù)運(yùn)行管理中采用的一種監(jiān)控系統(tǒng)。

2 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)概述

2.1 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)定義

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)是利用各種水文監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集、傳輸水文數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行處理、分析、預(yù)測(cè)等,幫助水庫(kù)管理人員及時(shí)全面地掌握水庫(kù)水位、流量等重要數(shù)據(jù)信息,以便開(kāi)展水庫(kù)調(diào)度和防洪、除澇等工作。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的主要作用是為水庫(kù)管理和水資源管理提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和科學(xué)的決策依據(jù)[2]。

2.2 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)由各進(jìn)水口處的水位計(jì)、流量計(jì)、雨量計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備組成,這些設(shè)備將河水信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào),并通過(guò)導(dǎo)線傳輸至水文局的數(shù)據(jù)采集器中。水位計(jì)可以探測(cè)水位,它由水位儀槽、水尺、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集器組成,可以方便地記錄水位信息。流量計(jì)由感應(yīng)器、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集器組成,它可以實(shí)時(shí)測(cè)量河水的流量,從而掌握洪量的變化。雨量計(jì)可以計(jì)算降雨量,主要用于測(cè)澇和水庫(kù)供水。

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)中,還有重要的通訊設(shè)備和數(shù)據(jù)處理器。通訊系統(tǒng)將各監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中獲取的電信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集器中,數(shù)據(jù)處理器通過(guò)分析這些信息,得出各種需要的數(shù)據(jù)結(jié)果,并將這些數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上。為了保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)還配備了各種傳感器、控制器、電源和保護(hù)設(shè)備等附件,這些設(shè)備都是系統(tǒng)不可缺少的一部分。

2.3 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的基本原理

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)由測(cè)站、遙控/自報(bào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心3個(gè)部分組成。首先,測(cè)站通過(guò)傳感器采集水位、流量等數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳輸至遙控/自報(bào)系統(tǒng);然后,遙控/自報(bào)系統(tǒng)通過(guò)水文數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)裙δ?將其發(fā)送至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理;最后,數(shù)據(jù)中心按照一定的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和展示,為水庫(kù)管理人員提供科學(xué)決策依據(jù)。

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)具有較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性,可以實(shí)時(shí)反饋水庫(kù)的水情狀況。在水庫(kù)管理人員進(jìn)行水情判斷和調(diào)度決策時(shí),可以直接使用水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù),而不是基于經(jīng)驗(yàn)和猜測(cè)進(jìn)行決策。因此,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用有助于水庫(kù)的安全運(yùn)行和合理調(diào)度,更好地服務(wù)于人民群眾。

3 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)在某大型水庫(kù)中的應(yīng)用

3.1 某大型水庫(kù)概況

某大型水庫(kù)位于國(guó)內(nèi)某重要河流一級(jí)支流上游,水庫(kù)壩址以上流域面積約1 150km2。水庫(kù)多年平均降雨量500～800mm,多年平均年徑流量5.6×108m3,水庫(kù)總庫(kù)容5×108m3。水庫(kù)壩址區(qū)河谷呈不對(duì)稱(chēng)V字形,河床50～60m,河床兩側(cè)發(fā)育有寬10～20m的狹長(zhǎng)形河漫灘,灘面稍有起伏,地面高程280～282m。右岸山坡坡度45°～60°,山腳與河漫灘相連;左岸為山前傾斜臺(tái)地,地面坡度約10°～15°,前緣與河漫灘相連,臺(tái)地寬度大于200m[3]。

水庫(kù)規(guī)模為大型水庫(kù),具有供水、防洪、灌溉、環(huán)境用水等綜合功能。工程于2003年4月開(kāi)工,2006年年底主體完工,自水庫(kù)建成以來(lái),為城市供水、下游農(nóng)田灌溉、區(qū)域防洪調(diào)蓄和生態(tài)環(huán)境用水發(fā)揮了重要作用,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益顯著。

3.2 水庫(kù)水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

水庫(kù)主要安裝了QS-HIAQ水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成先進(jìn)的管理思想和理論,應(yīng)用先進(jìn)的軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)而成,在滿足采集這一主要功能的同時(shí),添加查詢、管理、預(yù)警等功能,滿足用戶的多樣化需求,并能及時(shí)接收硬件信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,信息準(zhǔn)確、性能可靠。該系統(tǒng)具有界面友好、易學(xué)易用、穩(wěn)定可靠、權(quán)限明確、可維護(hù)性好、信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、運(yùn)行流暢等優(yōu)點(diǎn),軟件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)按照《實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)與標(biāo)識(shí)符》(SL 323-2011)建立,方便水文數(shù)據(jù)的獲取以及其他軟件的再處理,支持SQL Server 、MySql、Oracle、Access數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)管理、配置、補(bǔ)數(shù)據(jù)、報(bào)表、圖像采集、數(shù)據(jù)庫(kù)支持等8個(gè)功能。

3.3 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水庫(kù)中的應(yīng)用效果分析

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)建成投入使用后,水庫(kù)的日常運(yùn)行管理得到顯著提升,應(yīng)用效果比較明顯。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。通過(guò)測(cè)量水位、流量、降雨等參數(shù),不僅能夠及時(shí)掌握水情,還可以發(fā)出預(yù)警信號(hào),提醒水庫(kù)管理人員和有關(guān)單位及時(shí)采取措施,防范水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)提高了水庫(kù)管理工作的科學(xué)性和精準(zhǔn)性。借助系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù),對(duì)水庫(kù)的蓄水、泄水、調(diào)水等運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和評(píng)估,從而制定更加科學(xué)的水利調(diào)度方案,減少水資源的浪費(fèi)和損失。

同時(shí),水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù),為水庫(kù)管理人員的工作提供了重要保障。在發(fā)生緊急情況時(shí),可以依據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析,更加準(zhǔn)確地判斷水庫(kù)危險(xiǎn)程度,實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策,快速響應(yīng),并使監(jiān)管機(jī)構(gòu)和公眾能夠及時(shí)了解水情。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)還在一定程度上提高了水庫(kù)管理與公眾之間的溝通和合作。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與暴雨網(wǎng)安裝的數(shù)據(jù)共享,向公眾發(fā)布水位、降雨等數(shù)據(jù),使公眾更加了解水庫(kù)水情運(yùn)行狀況,認(rèn)識(shí)到水庫(kù)所承載的風(fēng)險(xiǎn)防范工作的重要性,提高了公眾應(yīng)對(duì)水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的能力和應(yīng)急準(zhǔn)備水平。

3.4 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)日常維護(hù)注意事項(xiàng)

水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)是重要的水利工程基礎(chǔ)設(shè)施,日常維護(hù)事項(xiàng)的執(zhí)行對(duì)于水文信息采集精度及設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。日常維護(hù)主要包括3個(gè)方面:

1)日常巡視及設(shè)備清潔。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備長(zhǎng)期暴露在室外環(huán)境中,會(huì)受到天氣、風(fēng)沙、鳥(niǎo)獸侵?jǐn)_等因素的影響,應(yīng)進(jìn)行定期檢查和清潔,以維護(hù)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。日常巡視主要涉及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,同時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期清潔,確保環(huán)境對(duì)測(cè)量影響的最小化。

2)防雷及機(jī)房環(huán)境管理。為提高設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性,對(duì)于水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)而言,加強(qiáng)設(shè)備的防雷措施至關(guān)重要。在雷電天氣發(fā)生時(shí),應(yīng)盡快關(guān)閉與該系統(tǒng)相關(guān)的電源。此外,機(jī)房?jī)?nèi)溫度、濕度的控制也是至關(guān)重要的,應(yīng)采取相應(yīng)的機(jī)房環(huán)境管理措施來(lái)保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

3)數(shù)據(jù)驗(yàn)證及匯總報(bào)表制作。為保證測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性,日常維護(hù)工作不僅要對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡視和保養(yǎng),同時(shí)重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行狀況及測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。應(yīng)定期進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證及匯總,以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠。

3.5 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)故障排除與維修

在水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的使用過(guò)程中,為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,需要及時(shí)排除故障和進(jìn)行維修。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)故障排除及維修的具體措施如下:

3.5.1 故障排除

1)精細(xì)化排查。在水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一遍精細(xì)化的排查。通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的觀察和檢查,找出問(wèn)題發(fā)生的位置和原因。

2)問(wèn)題分析。以經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員為主,由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和判斷,確定問(wèn)題是硬件設(shè)備故障還是軟件程序的問(wèn)題。

3)解決問(wèn)題。針對(duì)不同的故障類(lèi)型和問(wèn)題原因,采取相應(yīng)的技術(shù)措施進(jìn)行解決。對(duì)硬件設(shè)備的故障,需要及時(shí)更換或修復(fù)設(shè)備;對(duì)軟件程序的問(wèn)題,需要進(jìn)行系統(tǒng)或程序的調(diào)試。

3.5.2 維修措施

1)維修技術(shù)人員。水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的日常維護(hù)需要保證技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)化和持續(xù)性。經(jīng)驗(yàn)豐富的維修人員是解決系統(tǒng)故障的關(guān)鍵,在充分了解系統(tǒng)的組成和功能的基礎(chǔ)上,能夠做到迅速定位故障。

2)維修設(shè)備。針對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修和修復(fù),維修人員需要掌握對(duì)應(yīng)設(shè)備的維修知識(shí)和技能,以確保設(shè)備的正常使用。

3)定期維護(hù)。定期對(duì)水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行檢查,清潔和維護(hù)設(shè)備以及維修軟件系統(tǒng)會(huì)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

總之,對(duì)于水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)故障排除與維修,需要將精細(xì)化排查、問(wèn)題分析、解決問(wèn)題作為主要方法,確保系統(tǒng)設(shè)備和軟件的正常運(yùn)行,定期的維護(hù)和檢查也是系統(tǒng)正常運(yùn)行的有力保障。

4 水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)展望

隨著科技的不斷發(fā)展和人們對(duì)水資源保護(hù)的日益重視,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)在未來(lái)的應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。在某大型水庫(kù)中的應(yīng)用效果分析中發(fā)現(xiàn),水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)可為水庫(kù)管理部門(mén)提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的水文測(cè)量數(shù)據(jù),并且可以輔助決策,提高水庫(kù)安全防范意識(shí)。

在未來(lái)的應(yīng)用中,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)將會(huì)迎來(lái)新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。一方面,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)將會(huì)更加智能化,數(shù)據(jù)處理能力和網(wǎng)絡(luò)傳輸速度將會(huì)更快,對(duì)水庫(kù)管理部門(mén)提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和信息。此外,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)也將更加符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求,如采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡檢和監(jiān)測(cè),不僅可以減少人力和物力資源的浪費(fèi),還能夠減少對(duì)環(huán)境的影響。另一方面,隨著全球氣候變化和水資源緊缺問(wèn)題的日益凸顯,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)的應(yīng)用和研究也面臨著新的挑戰(zhàn)。如在面臨自然災(zāi)害和重大水利工程決策時(shí),需要更加精準(zhǔn)和智能的水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)來(lái)提供可靠的數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)。因此,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)未來(lái)的研究方向還包括如何提高系統(tǒng)的魯棒性、可靠性和預(yù)測(cè)精度等問(wèn)題。

綜上所述,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)在未來(lái)的應(yīng)用和發(fā)展中將會(huì)更加廣泛和深入,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的不斷深入,水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)將會(huì)繼續(xù)發(fā)揮重要的作用,為水資源保護(hù)和利用提供更加可靠的科技支持。