论水文巡测工作中水文遥测水位系统的运用
2017-05-12谢文奇
谢文奇
（辽宁省本溪水文局 本溪市 117000）
论水文巡测工作中水文遥测水位系统的运用
谢文奇
（辽宁省本溪水文局 本溪市 117000）
在水文水资源工作中，开展水文巡测工作能够使水文服务质量得到有效提升。而在水文巡测工作中进行水文遥测水位系统的运用，则能使水文巡测工作质量得到进一步提升。 基于这种认识，文章对水文巡测工作中水文遥测水位系统的运用问题进行探讨，以期为关注这一话题的人们提供参考。
水文巡测 水文遥测水位系统 运用
1 水文遥测水位系统概述
随着遥测技术的发展， 目前各地水文巡测站都在积极进行遥测水位系统的建设。 利用该系统，能完成水文信息的实时、高效和全覆盖记录，从而为水文分析提供科学的数据支持。就目前来看，在水文巡测工作中运用该系统，需要完成水文信息的收集、传输和处理[1]。 而水位系统为水文遥测系统的重要组成部分，由水位监测传感器、通信设施、控制装置和信号接收、处理装置等多种设备构成，能够在防汛工作中得到运用。本溪市位于辽东半岛腹地，全县面积为3 344 km2，境内有200余条中小河流，分属辽河流域和鸭绿江流域，河道大多较为狭窄，但断面较为稳定。 每年6～9月为该地区汛期，雨量较为集中，容易出现洪水。 在2006年以前，辽宁本溪地区主要运用机械式水位计进行水位数据监测。 但从所得实测资料来看，存在着所测流量空间分布不合理、洪峰流量无法实测和流量巡测盲目性较大等问题，以至于影响了水文巡测工作质量。为解决这一问题，辽宁本溪于2006年开始进行水文遥测系统建设[2]。目前，辽宁本溪地区共完成了8处水文站的建设， 各站都配备有遥测水位计，能够完成水位数据的采集，然后通过遥测终端机进行数据传输。
如图1所示， 辽宁本溪水文遥测系统由多个遥测站和1个水情中心站构成， 使用的遥测终端机分为两种，即YDH-1A型端机和YAC-9900型端机。系统中包含各种传感器和接收控制装置及通信设施，能够用于进行水文资料的收集、存储和整理。 在对水位数据进行获取时， 遥测终端机将利用超短波或GPRS将水位数据传输至接收中心。经过计算机处理，则能够得到相关结果数据[3]。就目前来看，借助现代信息系统， 辽宁本溪已经完成了基于无线网络的遥测水位系统构建。利用该系统，不仅能够完成水位数据的实时处理，还能进行水位过程线的绘制，从而进行水情的实时预报。
图1 辽宁本溪水文遥测水位系统结构示意图
2 水文遥测水位系统的运用
（1） 在水位流量巡测中的运用。
在水位流量巡测中， 使用传统机械式水位计只能完成水位记录， 无法进行水位数据的传输。 在这种情况下，如果巡测站为无人值守的站点，就无法较好的完成流量巡测。因为，采取该种巡测方法将出现所得流量时空分布不合理的情况， 并且也无法完成洪峰流量的实时巡测。 在2006年之前，辽宁本溪都使用机械式水位计进行流量巡测， 以至于所有巡测点的实测最大流量都比实际发生洪峰流量要低，水位流量关系延长幅度超出了50%，远远比水文规定的30%要高，所以提供的水文资料质量较低。2006年开始，辽宁本溪开始进行水文遥测站的建设，并开始使用遥测水位计进行水文巡测。 采取该种巡测方式后， 巡测站人员只要在巡测中心就可以根据传输的水位数据进行流量测验最佳时机的确定， 并掌握水量变化过程。图2为本溪某测站点在2010年巡测工作中获得的水位流量分布图。2010年，本溪市发生了洪水， 巡测人员根据该站点水文变化趋势完成了巡测方案的及时制定， 并在洪峰峰顶和底部完成了流量测量，获得了该站点年度最高洪峰值。 同年，巡测人员对该河流发生的所有洪水都进行了完整实测， 从而使站点年度资料的整编精度得到了有效提高[4]。 而从巡测得到的水位流量关系图上来看，站点水位流量得到了合理分布， 并且高水延长幅度满足水文规定， 定线精度则比水文巡测规定精度指标要高，甚至达到了国家基本站的定线精度。 由此可见，通过运用水文遥测水位系统， 能够使水文巡测工作质量得到保证。
图2 某巡测站2010年水位流量关系分布图
在实际开展流量巡测工作时， 可以利用水文遥测水位系统进行水文流量关系曲线的分析。 在辽宁本溪的多个水文站中， 南甸站可以利用三参数幂函数原理完成水位流量关系曲线的拟合分析。 使用系统进行该站点的水位流量关系曲线拟合， 可以得到y=0.1185x0.484+285.20这一曲线方程。 在对各流量测次相对误差进行计算时，则可以利用该方程对高、中、低水位级进行计算。 而南甸水位流量在（0.81～3.42）m3/s范围内，经计算其最低水位为285.197 m。
（2） 在洪峰流量巡测中的运用。
在洪峰巡测中， 也可以运用水文遥测水位系统进行洪峰流量实测。 通过分析本溪历年水文资料可以发现，在2006年之前，本溪所有巡测站点未能完成年内最大洪峰流量的实测， 以至于获得的水位流量关系曲线误差检验超出了规定要求， 无法满足定线精度要求。 在这种情况下，其流量测次不仅较少，同时还存在着分布不合理的问题， 从而导致巡测人员未能通过水文巡测进行水量变化过程的掌握。 自2006以后，由于巡测人员可以使用遥测水位计完成各站点水位变化情况的实时监测， 所以更好地掌握了水位的变化趋势。在此基础上，巡测人员通过制定最佳路线，完成了最大洪峰路两的实测[5]。 从实测结果来看，高水延长幅度都不超过20%，随机不确定度则不超过11%， 并且测次也得到了合理分布，因此使得定线精度得到了有效提高。
（3） 在洪水测验指导上的运用。
在防汛工作中，洪水测验为重点工作，关系到水文巡测能否取得成功。从理论上来看，运用水位遥测系统，可以使洪水监测的准确度得到提高，从而在提高水文工作质量的同时， 更好地进行洪水预防。 目前，在有关水利工程的建设工作中，巡测站点都会被建设在降水量较高的区域。而在这些区域，普遍拥有相似的洪水成因，并且基本在同一时期发生洪水。具体来讲，就是洪水多由季节性融雪或暴雨引发。运用水文遥测水位系统， 则可以对不同巡测的的洪水情况进行实时监测，并了解洪水变化情况，进而完成合理的洪水巡测路线制定。 通过在恰当的时间完成洪水测验，则可以进一步掌握各站点的洪水发生情况[6]。结合发生洪水的河流的各巡测点数据，则能完成洪水特性的分析，从而得知洪水的类型和可能发生时间，并对洪水经历时间长度进行科学预测。对这些数据信息进行综合分析，并完成河流水情方案的制定。例如，2010年本溪太子河的5个巡测站在1 d内都出现了洪峰流量，并且洪峰发生时间相隔不超过5 h，通行时间最长则达到了4 h。由此可见，测流历时较短，大部分时间都花费在去往巡测点的路上，所以每个站点只能停留不超过0.5 h的时间。而通过比较历年巡测路线和时间可以发现，其中有两个站点无法进行洪水过程的及时了解，停留时间过短，因此还应进行其他巡测方案的制定。考虑到这两个测点为险阻地点，可利用气泡水位计进行巡测，以便进行水位数据的及时测量。通过进行巡测路线和方案的合理制定，则能完成洪峰流量的准确测量[7]。从实践运用情况来看，无论是在汛期基本站还是常年水文站，运用水位遥测系统进行断面相对稳定和水位流量关系呈单一线性的河流巡测，都能够满足全局巡测部署要求。因此，在水文巡测中运用水文遥测水位系统，能够为水位巡测提供科学指导。
3 水文遥测水位系统在运用中的问题
就目前来看，辽宁本溪水文巡测站在水文巡测中运用水文遥测水位系统也出现了一些问题。对遥测系统测得的数据和人工观测数据进行比较后发现，各遥测站端机使用GPRS进行水位数据传输时，由于GPRS模块始终处在工作状态，所以会产生较大功耗。在这种情况下，测站总会出现蓄电池亏电报停的问题。针对这一情况，测站人员还应定期进行充电，以免该问题的发生影响水位数据的传送。
此外，系统因设备性能不稳容易出现数据跳变情况，以至于影响了水文数据质量。针对这一情况，短期内还要加强人工监视，以便将跳变数据及时删除。从长期发展角度来看，还要加强系统设备的维修维护，以便使设备性能得到改善[8]。此外，为确保水位数据能够得到及时传输，还应建立GSM备用信道，以确保系统能够在GPRS模块发生故障时利用GSM信道进行数据传输。
4 结论
通过研究可以发现，在水文巡测工作中进行水文遥测水位系统的运用，可以更好地完成流量巡测、洪峰实测，并且能够为水文巡测提供科学指导，从而使全局巡测部署要求得到满足。所以，相关人员还应加强水文遥测水位系统的运用，以便更好的开展水文巡测工作。此外，相信随着遥测技术的发展，水文遥测水位系统也将得到进一步完善，从而获得更好的发展前景。
[1]党增.水位遥测系统自记水位与人工水位观测对比分析[J].陕西水利，2013，（04）：116-117.
[2]傅永平,胡芳华,虞晓峰.水闸自动化系统中水位数据与水文遥测数据的共享[J].浙江水利科技，2012，（05）：56-58.
[3]郑伟平.遥测水位计在水文巡测中的应用[J].吉林农业，2012，（07）：214.
[4]关再生,胡新功.水文遥测设备在水文巡测工作中的应用[J].气象水文海洋仪器，2010，（03）：6-8.
[5]张鑫,王锋.吉林省水文测站水位遥测系统建设的可行性和必要性探讨[J].科技风，2013，（09）：5.
[6]迪力木拉提·努尔达吾来提.遥测水位计在水文测站工作中的应用管理[J].水利科技与经济，2013，（09）：119-120.
[7]黄志.水位遥测系统在水情测报中的应用及问题分析[J].电子技术与软件工程，2014，（21）：161.
[8]赵勇.水位遥测仪在新疆水文测验中的应用[J].黑龙江水利科技，2014，（9）：176-178.
2017-01-11）
谢文奇（1980-），男，辽宁本溪人，大学本科，工程师，从事水文遥测工作。
