册田水库水情自动测报系统分析

曹曙光

（大同市册田水库管理局 山西大同 037300）

0 引言

防洪实践经验告诉我们，减免洪水灾害有两类措施：一类是工程措施，是按照人们的要求修建工程，改造自然。另一类是非工程措施，其中洪水预报，科学调度，是一种非常主要的手段，它能改变灾害的影响，达到减少灾害损失的目的。所以今后相当长一段时间内，在与自然作斗争的过程中，不仅要研究改造自然，更应当高度重视洪水预报，这是一种用较小代价，达到减免灾害程度的主要手段。

笔者通过多年实践经验和对册田水库水情自动测报系统工程完善的前后对比，对发展水情自动测报系统确保水库安全渡汛做了详细介绍。

1 工程概况

册田水库位于山西省大同县境内，地处海河流域，永定河水系，桑干河中游，控制面积16700万m2。流域四周由中、高山环绕，中部为大同盆地，境内主要河流为桑干河，主要支流有源子河、黄水河、浑河、御河等直接汇入干流的小支流共21条。

册田水库以上流域现有雨量站76处，其中县气象站10处，水文站7处，还有7座中型水库，16处灌渠。其中较为完整的有7处水文站和4处水库，此外大同市和朔州市还有专用水文站6处，这些站网为监测研究本流域河川径流积累了宝贵的基础资料。西朱庄、固定桥、观音堂等水文站和东榆林、镇子梁2处水库为册田水库防汛调度提供了信息数据。

2 水情自动测报系统未完善前情况

在上世纪六十年代到七十年代测站与水库的联系，全部通过农村邮电系统传输雨、水情。由于线路长、分支多、布局不合理，线路木杆腐烂、设备老化，经常发生倒杆、断线等故障，使防洪系统信息传输可靠性得不到保障。如1967年8月5日册田水库发生一次建库以来的最大洪水，进库3400m3/s，出库1500 m3/s，当时桑干河流量1800 m3/s，御河流量1000 m3/s，后面再没有水情信息，通讯中断，电话打不通，同时也没有交通工具，水库防汛人员非常着急，但是没有好办法解决联系，在这种危机关头，防汛人员没有及时、准确、可靠的水情信息，无法进行合理的控制调度。七十年代后期发展了短波、超短波与有线混合的报话通汛系统。多年来，水库的无线通讯系统对外联系主要由地、市防办承担，水库只能与地、市防办直接电话，上游各水文站遇有水情、雨情，只能通过地、市防办和农村邮电系统向水库传递。同时水情、雨情数据主要由人工采集，自动化程度效率低下。当时，雁北防办和册田水库无线通讯部分设备较差，主要原因是电台为淘汰产品，超期使用。又加上册田水库地处山丘地域，地形复杂，局部地形障碍，现有塔杆较低以及通讯基地屏蔽，不能保证正常使用。

3 水情自动测报系统的形成

目前的洪水预报方法，主要是依据上游已经出现的水文情况和已降雨量，借助土壤地貌，河网特征进行产流和汇流演算，计算上游水库的来水量和库水位。在一个流域里只要有一个比较完整的雨量水文收集站网，用经历史资料验证过的方法和预报方案便可发布预报。但是洪水预报必须要有一定的预见期，洪水预报的预见期是以上游洪水向下游传播时间或由降雨形成洪水过程的滞后时间为依据。

科学防洪和合理调节水库水量，增长有效预见期唯一切实可行的途径，就是改进水文信息收集，利用洪水预报作业的手段，加速建设水情自动化测报系统。这个系统包括水文实时信息采集、传输系统；水文实时信息接收系统；水文预报和调度计算系统。依靠这些系统实现数据发送接收和处理自动化，为水库管理调度防汛和洪水准确预报提供可靠的技术依据。

3.1 册田水库水情自动测报系统建立

册田水库水情自动测报系统建立于上世纪九十年代末，由通信、遥测和计算机等先进技术融于一体，完成水文数据自动采集、传输、处理和预报。

3.2 册田水库水情自动测报系统组成

由一个中心站、205个遥测监控站、8个中继站组成。

1）中心站设在册田水库管理局是整个系统的处理中心，主要对数据进行收集处理；它将所有遥测设备传来的信号进行分析处理，为水库洪水准确预报和防汛调度提供可靠的依据。如：中心站里的前置机和后台机，前置机将采集的数据通过串行口送给后台微机进行数据处理，建立数据库，完成人机接口，数据输出工作。还可以根据所获得的遥测数据，以一定的数学模型做出洪水预报方案或水资源优化调度方案。在较大的系统中，后台机可作为一分中心，向上一级的数据收集中心传输本遥测分中心的数据，同时也可享用中心发来的其他系统数据。

2）205 个遥测监控站设在库区和上、下游周边地区。水情自动测报系统运用超短波通信，因其技术成熟、故障处理简单、维修成本低、传播方式稳定性高、受季节和昼夜影响小，设备全固态化，更多采用集成电路，采用太阳能电池工作，应用于无人值班站点。输入设备是由传感器和转换器组成，传感器将测量参数变为电信号，通过转换器转换成多路传输设备输入端信号。如：雨量传感器：遥感仪可接入翻斗式雨量计，通过双稳态开关量输出或单开关脉冲输出；水位传感器：遥感仪可接入BCD编码并行水位计或余三反射编码的并行水位计。传输设备是接收多路通信设备，用电通信方式将模拟信号和数字信号不失真地传到终端。终端设备通过接收并对信号进行记录、显示、处理、存储，获得结果数据。

电台是遥测系统设备中的一个重要部分，不管是测站遥测仪，还是中继机，它们之间的数据都通过电台来发送和接收。遥测仪或中继机上存贮的实时水雨情数据，经过测站板或中继板电路的编码、调制及适当的抗干扰、同步、检纠错措施，形成一个电台可接收的信息送至电台，由电台内部电子设备经过移频、调制之后，经天线以电磁波的形式发送到空间；电台的接收部分经过无线把电磁波信号滤波放大，经过鉴频和解调电路得到所需适时信号，然后送到终端进行数据处理。

册田水库水情自动测报系统由远中近三层遥测分布监测雨水情况。远层95个遥测站做到对上、下游雨水情的预报；中层75个遥测站做到各支流进库和下游河道雨水情活动情况；近层35个遥测站做到库区水位状况变化。三层遥测保证了技术数据可靠不失真地传输到中心站；为水库防洪调度、库容调节提供准确可靠的第一手数据。

3）8个中继站设在各大水文站和上游各个水库，将收集到的数据准确传送。

4 水情自动测报系统完善后情况

册田水库水情自动测报系统建立以来，大大增加信息的可靠性和极大地发挥防洪工程的效益。自动化方面各遥测站，能自动采集实时雨水情数据，自动及时将数据发往中心站，数据精度满足规范要求；中心站每台微机对前置机中的雨水情数据有随时、定时采集功能，能够对其进行输入、检索、修改、显示、打印；智能化方面有实时洪水预报软件，根据系统采集的实时数据，预报入库流量合格率90%以上，并具有水位越线报警以及提供控制调度方案等功能；档案化方面能将流域内各测站的水文资料以及控制调度方案、设备工作状况等有关资料按有关规定整理归档。通过水情自动测报分析对水库调洪演算、水库调度方案和防洪预案的编制起到了决定性作用。

册田水库地理位置重要，它关系着官厅水库和首都北京的防洪安全，因此，准确及时地对洪水预报是防洪决策的重要科学依据，根据洪水预报可以事先控制水库的泄洪拦洪、消减洪峰、下游洪水错峰等合理调度运用水库所具有的防洪效益。根据洪水预报可以事先组织群众逃洪避险，转移财物，保障人民生命财产的安全，同时可以组织抢险队伍防洪抢险，加固险段，防止水库溃决和漫溢，保障水库安全，事关防汛大局。

虽然册田水库设置了水、雨情自动测报系统，只是对水库水、雨情况进行了监控，但对水库的自动控制、水资源管理还有待在软硬件上进行改进。因此，完善册田水库水情全自动测报系统还有待提高。为水库工程进行全面可靠控制，减少洪灾损失，充分发挥水库供水、防洪和调度的工程效益。

5 结语

有水情自动测报系统，便可实现数据发送、接收和处理自动化，准确及时地提供水文资料数据，大大方便了水库管理工作，为水库的调度、防洪、工农业供水提供了精确可靠的科学依据。而水情自动测报系统是否可靠和灵敏，在一定程度上决定了防汛工作的成败。所以说水情自动测报系统是防汛指挥系统神经枢纽，承担着上情下达，下情上报的重要任务，只有信息畅通无阻，准确掌握汛情，才能指挥自如，调度及时，除害兴利，促进国民经济发展，保障下游人民生命财产的安全。