水文自动监测及在宝泉水库中的应用

2018-01-26闫海波河南省新乡水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2017年12期

□闫海波（河南省新乡水文水资源勘测局）

l水文自动监测

我国对水文自动测报系统进行研究开始于20世纪70年代中期，随着传感器与无线数据传输技术地不断提升以及水文资料的大量积累，水文自动监测技术开始广泛应用于水库雨量、水位、流量、泥沙等测验项目。水文自动监测通常是指利用计算机和网络技术、通信技术、遥测技术等现代科技手段对江河流域以及水库等测区内的水文信息进行自动采集、自动存储、自动传输；为水库防洪调度和水资源合理利用提供了重要决策依据。

2 水文自动监测的特点

水库往往承担着防洪、调度或灌溉供水等关系到民生的重要任务，因此，对应用于水库的水文自动监测系统的精度和预见期要求较高。水文自动监测主要特点有标准性、及时性、传统性以及随机性。具体见表1。

表1 水文自动监测特点表

3 宝泉水库概况

宝泉水库位于新乡辉县市薄壁镇西北部,原有工程是1973年开工兴建，到目前共施工3次。一期工程从1974年4月至1976年10月。建成坝高50～51 m，溢流坝砌筑高程211 m，挡水坝212 m，建成导流底孔和一级输水洞，库容910万m3。二期工程从1989年10月至1994年4月，建成了中型水库，在原来基础上加高，增加二级输水洞，坝高91.10 m，高程252.10 m，坝顶长度397.50 m，坝顶宽5.00 m。溢洪道采用开场式溢流堰，净宽109.00 m，堰顶高程244.00 m。水库正常蓄水位244.00 m，死水位196.50 m，总库容0.45亿m3，兴利库容0.31亿m3。水库防洪标准按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核，设计洪水位248.98 m，校核洪水位252.11 m。三期工程从2003年到2007年12月。水库防洪标准按100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核，设计洪水位265.77 m，校核洪水位268.11 m。坝高107.50 m，高程268.50 m，坝顶长度508.30 m，坝顶平均宽10.00 m。溢洪道采用开场式溢流堰，净宽109.00 m，堰顶高程257.45 m。上面加有3.00 m高橡皮坝。水库正常蓄水位257.45 m，死水位220.00 m，总库容0.67亿m3，兴利库容0.50亿m3。

4 水文自动监测在宝泉水库的应用

4.1 水文自动监测报系统设置原则

宝泉水库大坝水文自动监测系统是集水库，计算机、自动化、通信技术、监测仪器、测量控制装置于一体的系统工程。

本工程自动监测系统的实施遵循的基本原则是：第一，满足水库今后长期安全运行需要的一套完善的安全监测体系；第二，及时准确地反映水库运行情况，要具有高度自动化的测报系统；第三，监测仪器要选择可靠的、能实现自动监测的；第四，满足观测需要，测点布置要坚持少而精。

4.2 水文自动监测系统

宝泉水库水文自动监测系统要具备信息采集、信息传输、信息处理的功能，由三部分组成，包括：监测中心站(含信息管理)、现场数据采集网络、传输介质。由监测中心站采集信息，再通过一定的传输介质进行信息传输。

4.2.1 监测站

为达到经济实用、维护方便、安全可靠的要求，宝泉水库自动测报系统的监测站要根据宝泉水库的使用条件布设相关水位站、流量站以及雨量站等监测设备。监测站这些监测设备要根据《水文站网规划》以及洪水预报调度要求进行布设。目前雨量监测站一般采用翻斗式雨量计，分辨力通常选择0.50～1.00 mm；由于宝泉水库是以防洪为注，兼顾灌溉等功能，因此雨量监测站分辨力可以采用0.50 mm。

4.2.2 数据采集网络

数据自动采集系统的关键设备是MCU。该装置采用完全模块化结构，多CPU并行运行。在宝泉水库+000 m、l+600 m处各设1个MCU。各测控单元(MCU)通过超短波电台与监控主创颇讯，从而形成宝泉水库大坝自动监测网络。

其中采集层是指负责收集、存储、管理数据的软件集合。通过约定采集层和分中心监测站的数据传输，以及软件规则可以在一定程度上解决不同RTU的信息采集传输问题，如图1所示。