朝阳市水文遥测站点故障分析及日常维护

2017-03-08周颖，李昊

黑龙江水利科技 2017年12期

周颖，李昊

(1.绥中县水利建筑工程公司，辽宁绥中 125200；2.辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳 122000)

1 概述

朝阳市位于辽宁省西部，属于低山丘陵地区，地形复杂，整个地势自西北向东南呈阶梯状递降，朝阳市受东南部海洋暖湿空气和北部蒙古高原的干燥冷空气影响，主要气候特征四季分明、日照充足，积温高、降水少[1]。随着水文遥测设备在水文工作中的投入使用，辽宁省朝阳水文局管理的水文遥测设备逐步取代了绝大部分人工观测，成为雨情及旱情监测、暴雨等灾难天气预测预报以及为防汛抗旱制定策略提供重要依据的主要途径。朝阳水文局目前管理遥测雨量站313处，其中有310处雨量站测量精度分辨力为0.5 mm，3处测量精度分辨力为0.1 mm；管理遥测水位站32处，其中一处为气泡水位站，其余为雷达水位站。

2 水文遥测设备的组成

朝阳市水文遥测设备的各组成部分可简要总结为：数据采集系统、数据处理系统、数据传输系统和设备供电系统，其结构框架图如图1所示，当遥测设备监测到雨量或水位变化时，各个系统之间互相配合发挥作用，将监测得到的数值发送到服务器，完成一次测报任务。在实际工作中发现，由于遥测设备常放置于空旷的室外地区，常年受到各种恶劣条件影响，很容易出现故障，给水文数据收集工作带来困难[2]。

图1 遥测设备系统框架结构图

3 故障分析

3.1 雨量计故障

朝阳水文局使用的雨量计分两种：分辨力为0.5 mm的翻斗式雨量计和分辨力为0.1 mm的融雪型雨雪量计，翻斗式雨量计结构如图2，当一次累计雨量值达到0.5 mm时，翻斗翻转一次，磁钢通过干簧管产生一次电路通断，经过RTU遥测终端处理将雨量值转换成电信号，通过DTU发送至中心服务器，完成一次雨量测报任务；融雪型雨雪量计结构如图3，雨水降落至桶内后由桶底部的电子秤称出重量后换算成降雨量传输至遥测终端。雨雪量计每分钟测量一次，存储在雨雪量计内，遥测终端每6min向雨雪量计发送一次命令，由雨雪量计把最近的测量值传送给遥测终端。

1底盘；2调平螺丝；3漏斗；4翻斗；5微调铜柱；6水平气泡；7轴承；8磁钢；9干簧管；10汇集漏斗；11不锈钢外筒；12承雨器图2 翻斗式雨量计结构图

1不锈钢外筒；2称重桶；3高精度电子秤图3 融雪型雨雪量计结构图

在日常工作维护过程中发现，雨量计发生故障容易导致以下问题：

1)雨量计不计数或少计数。出现数据明显偏小的情况时，应对雨量计进行如下检查，并做相应解决办法：

a.检查承雨器的滤网、漏斗、滴嘴是否被杂物堵塞，若发现存在该问题，则需用毛刷和清水洗刷承雨器相关部件。

b.检查留在雨量筒里的数据线是否过长，雨量线过长容易卡住翻斗，使其翻不动造成雨量信号丢失，若发现此问题，将数据线剪短重接或将数据线打几个结以缩短长度。

c.检查雨量计接线架上的数据线完整性，如接头是否接触不良、数据线是否有破损断开的地方，若存在此问题，需重接数据线或直接更换完整的数据线。

d.检查翻斗部件底部是否水平，若不水平会导致进入两个翻斗的水量不均，导致雨量偏小，当出现这种问题时，需重新调平翻斗底座。

e.在雨量计接线架正负极接入万用表笔，拨动翻斗使干簧管通过磁钢检查是否出现消磁，若万用表无反应则说明磁钢消磁，需启用另外一边的磁钢或直接更换干簧管。

2)雨量计多计数。出现雨量计在无雨时雨量自动增加、或雨量明显偏大的情况时，应对雨量计进行如下检查，并做相应解决办法：

a.打开雨量筒，检查雨量计接线架上的数据线正负极是否存在搭连，检查数据线是否存在绝缘胶皮破损导致短路，当出现以上问题时，需重接数据线或直接更换新的雨量数据线。

b.检查终端箱内避雷器、电路板是否出现故障，终端箱内雨量线接头是否短路，雨量计干簧管是否出现故障，若出现上述问题，则更换相应配件。

c.对于融雪型雨雪量计，由于其测量敏感度很高，较容易出现雨量计多计数，其原因为在一场降雨后，称重桶内存留的一部分雨水未能及时排除，汛期蚊虫等小生物趋向潮湿的环境，当有较大重量的外来物进入称重桶内，触动电子秤的最小感应重量，发生一次称重计数，导致计数偏高。对于上述问题，应及时将称重桶中的积水排除干净，定期清理设备周边环境，尽量避免误差。

3.2 水位计故障

朝阳水文局使用的水位计主要为雷达水位计，其工作原理是通过水位计探头发射雷达波到达水面测量两者之间的距离，再通过水位计探头的高程减去这个距离得出该位置下的水位高程。在日常维护过程中，水位计测得的数值常常会出现水位波动过大、与实际水位有显著差距，或是水位计测不到水位数据的情况，通常是以下原因造成：

1)当雷达波照射下的水面存在大量漂浮物、或者大量水底植物高度超过水面时，雷达波会将其误认为水面，测量结果就会偏大，此种情况的解决办法是定期清理雷达探头下的水面，使其尽量不发生大面积扰动[4]；

2)在非汛期或旱季，河道中水位较低、河床出现淤积等情况导致雷达波无法全部覆盖到水面，由于雷达波无法主动识别水面和地面，此时会导致水面和岸边的高度数据出现不规律显示，这种情况下，需要人工平整雷达探头覆盖下的河床，将河道中的水引到水位计下的岸边，并保持与河道水位高度一致；

3)雷达探头发生偏斜也会导致测量水位高程出现较大误差，因此要定期检查雷达探头是否保持水平[4]；

4)若上述故障情况均未出现而水位数据依然存在较大误差，则需检查RTU是否出现故障，避雷器是否损坏，水位数据线是否存在短路、断路等情况，一旦发现需及时更换配件。

3.3 通讯系统故障

朝阳水文局管理的遥测站数据传输均采用GPRS和GSM方式，当发生通讯中断导致数据无法发送至中心服务器时，需检查以下部件以恢复通讯：

1)检查天线是否连接正确，是否有破损，若出现天线损坏等情况及时更换天线；

2)通讯模块(DTU)有时会出现死机、不响应信号等情况，此时只需将DTU设备电源线拔掉，过一小会后再重新上电即可恢复正常；

3)DTU内的SIM卡有时会因为受潮、沾灰等情况导致接触不良，若出现这种情况，则需要将DTU内的SIM卡取下，轻轻擦拭清理后重新放入DTU内；

4)与当地通讯商取得联系，询问是否因附近基站故障等原因导致通讯中断；

5)有时RTU和DTU模块本身出现故障也会导致通讯中断，因此在判断故障的时候应更加全面的考虑。在面对RTU和DTU模块本身出现故障的时候，需要及时更换新配件，并配置参数。

3.4 供电系统故障

遥测设备的供电系统是由一块20W太阳能板搭配充电控制器连接在12V铅蓄电池上，再由蓄电池直连各个系统的模块供电。常见的供电系统方面的问题主要体现在太阳能板、充电控制器和蓄电池自身损坏导致整个系统发生故障，充电控制器发生故障的时候提示灯会显示不同的颜色，需及时更换；常用的检查方法是使用万用表测量太阳能板输出端和蓄电池正常工作状态下的电压，春季和秋季的晴天日间太阳能板电压应在19V以上，蓄电池电压正常应不低于12.5V。此外还需要检查各个部件之间的连接线是否出现破损，接头是否松动，发现是连接的问题时候及时更换连接线。

4 水文遥测设备维护与保养

4.1 实时巡检水文遥测设备

水文工作人员在进行日常巡检过程中，应该加强水文遥测设备的维护管理[5]。这样，首先在第一时间内，水文遥测设备存在问题能够被及时发现，能够将风险因素消灭在萌芽状态，保障设备正常运行[6]；其次，通过日常的巡检，能够减少极其恶劣的天气状况下的水文遥测设备仪器的维护管理的次数，从而减轻了水文工作人员不必要的工作负担。这种实时巡检能够有效地避免设备由于出现问题而罢工的现象发生，能够使水文监测工作更顺利高效地进行[7]。

4.2 日常养护与保养

遥测设备的管理三分靠维护，七分靠日常保养。在遥测站日常使用过程中，通常要求每个月保养一次，正确的日常维护保养可以增加设备的使用寿命，而且能使获得的水文数据资料更加准确。在日常维护过程中，需要定期清理雨量计翻斗、承雨器滤网以保证降雨不会被堵塞；定期清理雨量筒和太阳能板上方的树枝和高科植物，避免影响太阳能板给蓄电池功能，同时不至于影响到雨量筒收集正常降雨；定期将遥测设备内存储的数据采集出来进行备份，防止数据丢失；每一次维护和保养都应做好记录，为遥测数据整编打下良好基础[8]。

4.3 加强平时数据的对比分析发现问题

水文相关信息在被水文工作人员收集的时候[9]，作为水文工作人员应当记录有用的数据信息，比如在同一区域的不同监测站点的降雨历时和降雨强度以及水文水位本身的变化情势等，并通过对比方法来研究水文遥测记录的所有的不同数据信息，并由此详细地进行相关工作中的问题研究，发现问题，校对数据，以此发现水文设备的故障等，确保仪器设备的准确性。