浅谈水雨情自动测报系统的建设

罗贤根

摘   要：株树桥水库水雨情自动测报系统的建设，完善原有的水雨情自动测报系统，并与新建系统无缝对接，实现水库库区的全方位立体监测，实现水位、雨量、流量及图像信息采集、处理、分析和诊断，及时获取监测区域的水文、水情等相關信息，提高了灾害预防和预警能力，为水库优化调度方案精细化管理提供强有力保障，确保了水库的安全运行和安全度汛。

关键词：株树桥水库  水雨情自动测报系统  建设

中图分类号：TP311.5                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）01（a）-0107-02

1  概况

株树桥水库位于浏阳河支流小溪河的下游，位于高坪镇株树桥村，下距浏阳市城区30km，是一座以供水为主，兼有防洪、发电、生态和灌溉综合效益的大（Ⅱ）型水利工程，水库总库容2.78亿m3，兴利库容1.905亿m3，正常库容2.29亿m3，库容系数0.34，属多年调节水库。校核水位169.31m，设计洪水位165.11m，水库正常蓄水位165.00m，死水位136.00m。坝址控制流域面积564km2。

2  建设重要性

株树桥水库坝址以上流域降雨量较大，暴雨发生频繁，暴雨强度大，时间长，库水位上升快，洪水对水库下游威胁大。因此建立一个质量可靠，性能稳定的水情自动测报系统，准确、实时地采集水情信息，对水库防汛调度是非常重要的。

2000年株树桥水库委托南京水利科学院建成水情自动测报系统，涉及水位、雨量等内容。2007年安排中南水电勘察设计院对水情自动测报系统进行了维修，更换了分中心与坝前站的设备。2017年长沙市水务局统一建设全市水库信息化系统，涉及水情监测等内容。现有水情自动测报系统和水务信息化系统没有对接且水雨情站点布局不大合理等。

3  建设内容

3.1 建设任务

自动采集、传输和处理实时的水情信息，通过水文预报，为工程的防洪调度、水资源的合理利用提供决策依据。遥测站自动采集、存储并向水库中控室机房传输水文数据;并通过中控室布设服务器进行数据存储交换，利用现有的水利专网对接到浏阳市防办管理机房，从而实现市防办与水库中控室数据共享;长沙市防办与省水情中心也可通过水利专网实现与水库中控室机房的数据共享。

系统建设任务包括遥测站的数据自动采集、传输，水库管理局新建监测站数据接收与处理，原有测站的数据接入、处理，相关软件的开发，系统土建工程和相关技术培训等。

3.2 系统组成

本系统分为设备层、采集层、水库中控室机房、浏阳市防办、长沙市防办、省水情中心。设备层由雨量计、水位计、流速仪等传感器组成。采集层由遥测单元RTU及供电系统组成。遥测终端RTU控制箱安装在室外，采用室外立杆一体式集成安装，要求RTU具备一站双发功能;水库中控室机房由计算机和水库洪水预报与调度系统的相关软件组成，安装在水库中控室机房内，RTU与水库中控室机房之间采用GPRS/CDMA无线方式组网实现通讯连接，设置固定IP地址。

本次设计充分考虑原有7处监测站点系统集成，将原有的监测站点与新建的监测站无缝融合，将原有的数据及新建站点的监测数据统一纳入到新建的洪水预报及调度系统之中，通过对所有测站的数据进行全面综合分析及运算处理，从而为防洪调度提供数据参考。考虑到原有监测站点的软、硬件设备已很难与现有新建系统软、硬件设备相匹配兼容，更换原有站点的遥测终端机，采用本次设计同一类型的遥测终端机设备，从而使原有测站能有效地融入新建系统平台之中，充分发挥其应有的作用。

3.3 系统功能和特点

（1）一体化结构，体积小，无需集成，安装简便;

（2）雨量计分辨率0.5mm，采用增量控制、定时控制两种数据发送触发机制;

（3）具有大容量FLASH存储，雨量数据可以存储5年;

（4）采用太阳能供电方式，极低功耗控制，在无日照情况下，能正常工作3个月;

（5）支持多中心工作模式，遥测站可向多达4个中心站发送数据，每个中心拥有两种通信信道且互为备份;

（6）支持掉电、休眠、永久在线三种电源管理模式，可实现低功耗工作模式下的双向通信;

（7）支持远程唤醒，响应中心命令。在监测站休眠状态下，中心可以随时唤醒监测站进行数据采集、读取任意时段自记数据或修改监测站配置信息等工作;

（8）可实现对设备电源电压及工作环境温度及系统状态信息的实时监测。

3.4 遥测站网布设

根据SL34-2013《水文站网规划技术导则》的要求，以及株树桥水库坝址以上流域河流水系分布情况，结合水库位于山区，流域内水雨情复杂多变的实际情况，株树桥水库水情自动测报系统在原有站点的基础上增加设立7个遥测站，监测流域内降雨量和水库上下游水位。监测雨量的目的是为了了解流域内雨量的分布，不但数量合理，其布设位置要根据地形地貌、通信方式和信号强度的要求合理布置，满足实时洪水预报精度的要求。

水情自动测报系统由中心站和遥测站组成，本系统依据株树桥水库坝址以上流域控制集雨面积确定其站点布设。水雨情信息传输采用GPRS/CDMA无线传输方式。考虑到株树桥水库实际情况，本次设计将在原有的7个雨量监测站基础上新增7处雨量监测站，4处水位流量监测站;新建的水位流量监测站各设立一套直立式水尺和一套图像监控站，人工观测下游水位。各遥测站的信息，通过自动采集、存储后，按自报方式自动报送到水库坝区中控室机房，经处理后存入实时数据库，由计算机系统进行数据处理，水雨情信息在水库中控室通过水利专网传输至浏阳市防办、长沙市防办及省水情中心。

3.5 系统功能要求

系统工作制式：自报、自报-确认和查询—应答式三种工作体制混合组网。各采集参数具有独立的工作模式。能实时采集水位、雨量以及其他相关数据，并对数据进行存储、分析检错和预处理。

系统实时数据能自动写入数据库，并按中控室机房的要求自动写入相应数据库库表。

系统具有可扩展性和通用性，用户可以方便地增加测站数量、接入各类传感器和通信设备，并预留与上级管理部门的接口。系统具有人工置数功能，数据接收具有确认机制。

保护措施：所有输入输出引线都需采取多级隔离、吸收措施，最大限度地避免雷击等过电压过电流对遥测终端机的破坏。

各项设备要符合结构简单、可靠、低功耗原则，保证野外站能在无人值守的条件下正常工作。为适应系统野外工作条件，选择的设备应具有较高的性能指标。系统可与上级管理部门及防汛指挥系统连接，为上级防汛指挥提供依据。

3.6 系统工作体制选择

采用混合式的工作体制，对人工置数信息有反馈确认的功能。设计本系统的工作体制如下：遥测站点采用自报式工作体制，同时支持查询—应答方式，在约定的时间内主动开机，中心站可在这段时间内对遥测站进行设置、校时等参数的修改，使遥测站台能够自动或根据中心站指令，在暴雨、水位陡涨或达到警戒水位情况下，主动增加传送数据频度。

水文信息采集及监测时间间隔采用5min一次，水文信息通信及报讯时段采用24段制，整点传送数据。

4  结语

株树桥水库通过建立了一个质量可靠、性能稳定、信息无缝对接的水情自动测报系统，能准确及时地采集雨量信息，为水库优化调度方案精细化管理提供了强有力保障，能确保水库安全运行和安全度汛。提高了灾害预防和预警能力，发挥了经济效益和社会效益。

参考文献

[1] 《水电工程水情自动测报系统技术规范》NB/T 35003-2013[Z].

[2] 《水情自动测报系统技术条件》DL/T 1085-2008[Z].

[3] 《水文自动测报系统技术规范》SL61-2015[Z].