库区水雨情实时报汛信息系统研究

2015-12-16赵瑜

山西水利 2015年10期

赵瑜

（1.太原理工大学，山西太原 030024；2.山西省人民政府防汛抗旱指挥部办公室，山西太原 030002）

1 山西省水库报汛工作现状

山西省地处黄土高原，共建有水库765座，其中大部分水库建于20世纪50年代，多为“三边”工程，设计、施工质量没有保证，很多水库存在安全隐患。水库的汛期安全问题，一直是防汛管理部门所关心的重要问题。目前仅有部分大中型水库建有自动水雨情监测系统，且已建成的水雨情自动测报系统并未与防汛部门、水文部门实现信息共享，报讯体系还处于人工观测上报阶段，难以使各级防汛部门实时掌握水库的水雨情信息，而且在发生暴雨洪水时，常发生通信终端拥塞，给水库调度带来很大困难，一旦发生险情难以及时对外报警和组织抢险，严重威胁水库下游人民生命财产安全。只有建立库区水位同步实时信息报送、信息共享系统，才能为全省防汛抗旱减灾事业提供必要的保障。

2 国家要求及现有水库报汛软件情况

依据国家防汛抗旱指挥部办公室国汛〔2012〕10号文件要求，山西省所有小（一）型以上的水库（含库容大于100万m3的水电站、淤地坝、尾矿坝）均应及时报送信息，信息报送内容包括水库水文、蓄水量、入出库流量、降水量等实时信息以及水库防洪特征值等基础信息。报送频率为“各水库要做到汛期逐日上报，非汛期逐旬上报，发生洪水时要加密报送频次。”

目前山西省具有水库信息报送任务的大中型水库312座，其中大型水库7座，中型水库56座，小型水库249座，报送率大中型水库能够做到83%，但小型水库的报送率仅1%，且报送手段仍然停留在人工操作阶段，已有的信息报送软件自动化低、信息处理复杂，已不能满足现阶段的需要。

3 系统设计

3.1 设计目标

系统设计的总体目标为：利用现代化的通信设备，实现全省312座水库的水位、雨量数据自动采集、远程传输、实时处理、数据入库和数据检索等功能。要求实时水情信息能够在10 min内到达市级防汛部门，20 min内将数据审核上报至上级防汛部门，并共享至到省水文局等其他相关部门，满足防汛指挥调度、水文资料整编预报等目标。

3.2 水库报汛系统信息上报流程

依据水库分级管理机制，该系统信息采集共分为省、市、县三级，县级防汛部门接收县管水库、村级水库及其他水库的水情信息并审核后上报市级防汛部门；市级防汛部门接收县级防汛部门上报的水情信息及市管水库水情信息并审核后上报省级防汛部门；省级防汛部门接收市级防汛部门上报的水情信息及省管水库水情信息，审核无误后通过水情交换系统同步交换至省水文局，最后由省水文局汇总上报水利部。

3.3 系统架构

3.3.1 系统结构

将水位计、雨量计等计量设备采集到的水库水位、雨量等数据，通过通信设备传输处理，自动上传到系统中，并实现数据入库和数据检索等功能，并实现区县、市级防汛部门数据一致、完整、准确。通过系统接口可将数据上报至上级防汛部门，并共享至省水文局等其他相关部门，满足防汛指挥调度、水文资料整编预报等目标。

3.3.2 信息采集点设计

信息采集点设立于全省312座有报送信息任务的水库，有自动水雨情测站的水库利用原有设备，在未建设的水库新建自动水雨情测报系统；并在上报软件中增添人工上报功能，满足自动测报系统出故障时的紧急上报。

3.3.3 水库自动水雨情测报系统

水库自动水雨情测报系统主要是应用现代通讯、遥测和计算机技术，完成水库雨量、水文、闸门状态等水文参数的实时收集和处理传输，主要由现场检测设备（遥测站）、数据处理中心站、通信模块、水库信息查询预警软件组成。

现场检测设备（遥测站）设计由多个水位计（类型有超声波水位计、雷达水位计、投入式水位计等）、翻斗式雨量计组成，负责计量水库的水位、降雨量等水文数据。

数据处理中心站设计设置于各水库管理中心站的计算机，对收集到的水雨情信息进行处理，计算出水库流域平均水位、降雨量及各水库实时出入库流量，生成实时报文，通过通信信道传输至各级防汛部门。要求系统采用定时自报、暴雨加报的工作机制，并可管理各现场检测设备，实现人工置数。

通信渠道是构成通信网的主体部分。信道设计原则是保证信号有效、可靠传输。防汛通信网应采用双信道自动切换互为备份的技术，确保水库水情信息传输系统畅通，在系统建设中应当充分利用现有的通信资源，从实际出发考虑各地的通讯情况。目前山西省主流通信传输信道有以下几种：

有线网络传输：得益于国家防汛抗旱指挥系统工程项目和山洪灾害预警系统项目的实施，山西省已建立了上联水利部、海委；下联全省11个市和115个县的防汛抗旱骨干网络，长治地区将骨干网延伸到了辖区的重点水库。防汛抗旱骨干网的建设为全省防汛信息传输提供了良好的保障，且随着我国公众电信网络基础设施的迅猛发展，各水库连接Internet网络较为便利，必要时可通过Internet网络登陆VPN进行信息传输。优点是电路传输速度快、技术成熟、信息传输稳定、不易受干扰。缺点是防御自然灾害的能力低。

无线网络传输：便于施工建设，机动灵活，但对无线移动通讯基站依赖性较大，防御自然灾害的能力较低。目前大部分的雨量、水文计均支持GPRS，CDMA，GMS等通信方式。

短波通信是山西省水文无线通讯系统常用的信息传输方式之一。优点是传输距离长，不受地形影响，适用于山区等无线信号无法覆盖的地区。缺点是同频干扰较为严重，信号传输效率较低。

近年来，卫星通信技术日趋成熟，我国自主开发的北斗卫星以及海事卫星系统在水情自动监测系统中的应用日趋增多，是未来水情测报的重要发展方向。优点是传输质量最好，传输距离不受限制，覆盖面积大，受地形、气候的影响较小，组网灵活。缺点是普遍价格较为高昂。

因此，在全省312座水库建立自动测报系统，需因地制宜，根据地形地貌特征，以公用电信网络、移动无线通信网络、省防汛抗旱骨干网络为主，以短波通信、卫星通信为辅，建立完善的通信保障方案。

实时水库信息查询预警软件设计：在省（市、县）级防汛部门部署实时水库信息查询预警软件，该软件的主要功能有：建立全省（市、县）水库基础信息库，包括水库地理位置、经纬度、测站编码、库容、汛限水位、坝顶高程、管理情况等水库相关基础信息，实现对全省（市、县）水库的数据化管理。实时接收、翻译收到的水库水情报文信息，录入实时水雨情数据库；提供远程人工实时数据填报功能，以供尚未部署自动水情测报系统的水库进行人工填报。采用浏览器/服务器的开发模式，各单位操作人员在网络环境允许的情况下就可进行数据的操作。

历史数据查询：可供多种方式查询历史数据，支持形成多种报表进行在线打印，支持生成图表进行分析，支持数据转发导出。

预警功能：与短信平台进行对接，当水库超汛限水位运行时可以发短信进行预警。