安徽铜陵市小型水库雨水情自动测报系统建设研究

陈 璞

(安徽省(水利部淮河水利委员会)水利科学研究院，合肥 230000)

1 概 述

水库工程建设可促进当地农业生产和发展，改善生态环境条件。因此，我国修建了大量的水库工程。但多数水库已经建成使用多年，自然、气象环境也有所改变。水情对水库工程的稳定性影响较大，对水库雨水情进行监测可为险情预警预报提供依据。传统的手段采用人工收集数据，数据从传输到处理需要耗费一定的时间，不利于信息及时分析以及险情预警、预告信息的及时发布[1-4]。自动化水情监测技术是基于计算机、通讯网络技术的快速发展而形成的一种新的雨水情监测手段，利用通讯技术将现场获取的数据及时传输至服务中心，利用计算机技术对数据进行处理、分析、存储、共享等功能，从而提高工作效率[5-8]。

铜陵市位于安徽省中南部，属于长江流域。全市范围内现有166座水库，目前铜陵市已经实现65座水库的自动测报系统建设。其中，4座水库仅实现雨量监测，61座水库实现水位监测。

2 系统总体框架

小型水库雨水情自动测报系统主要是为了完成各小型水库雨水情信息的自动化采集、传输、分析。各水库的自动测报站点核心是RTU遥测终端，并配置相关的设备，以满足终端运行、数据收集等功能的要求。系统总体框架及数据流向见图1。

图1 铜陵市小型水库雨水情自动测报系统建设总体框架

3 信息传输及交换方案

3.1 信息传输技术方案

信息接收地点位于安徽省水利数据中心，新建设的水库自动监测站采用集总接收模式。监测站与省水利中心之间主要采用无线公网模式进行通信，当无线公网无法覆盖时，考虑采用卫星通讯等方式完成数据传输。

3.2 信息交换方案

3.2.1 实时信息交换

实时信息收集后，可通过水利部信息中心完成数据的交换、共享；各地区可通过信息中心获取所需的数据。

3.2.2 基础信息交换

1) 标准类基础信息交换。安徽省水利厅首先从水利工程数据库中获取所需要的信息，将该信息存储于水利数据中心“标准库”内。之后，通过信息交换软件可将所需信息共享至省水情中心服务器。

2) 非标准类信息交换：①遥测管理信息。根据站类、监测要素等实际数据信息情况，填报所需的信息(非标准信息)，这类信息无法与水利部信息中心的软件实现交换，因此需要利用信息维护模块写入省水利厅“标准库”中。②小型水库泄流曲线信息。可通过调用水利部数据中心的信息抽取服务功能，获取所需信息，将信息传输至接收端的自建表中，作为下泄流量所用。

铜陵市小型水库自动测报系统实时&基础信息传输交换流程图见图2。

图2 铜陵市小型水库自动测报系统实时&基础信息传输交换流程图

4 站点布设方案

4.1 总体要求

4.1.1 站点位置选择

站点位置选取河岸顺直、不易淤积、不易改道、水位具备代表性的位置。采用浮子水位计应当避免置于放水涵闸等水工建筑物的泄流紊流区域。若无法避开紊流区域，可通过采取建设L形联通管等手段，避开泄流紊流区。

在水位监测点应增加水尺桩或直读式水尺，以便于现场直接观测水位。在水尺桩处设置2个校核点，以保证其测量的精确度。站点建设完成后，需布置相关的安全警示标志。

4.1.2 雨量站建设

雨量站位置选取时，需保证设备周边20.0 m内无高杆、树木等，以保证监测数据的准确。雨量站布置需结合水文、气象、地方已建雨量测报站进行综合考虑，可根据实际情况酌情建设。雨量站采用0.5 mm翻斗式雨量计，仪器安装需要满足相关规范要求。

4.2 断面勘测

断面勘测是保证水位测量高程确定的基础条件。对于水库来讲，断面勘测与河道断面勘测不同。在水库水位监测站断面勘测中，更侧重于对监测井位置、放水涵闸闸底、既有水库大坝坝顶、溢洪道堰顶和水库特征水位之间关系进行量测、分析。水库水位监测系统断面勘测轨迹主要可分为以下两种情况：

1) 当井管依附在放水涵闸等水工放水构筑物时，断面勘测示意图见图3。断面勘测迹线沿着放水栈桥方向，勘测时量测坝顶、溢洪道堰顶、放水涵底等位置的高程，并标注区域的历史最低水位、死水位。当放水涵没有设置栈桥时，勘测迹线为以井管位置与大坝轴线垂直投影。

图3 依附式断面勘测示意图

2) 当水库需新建栈桥时，可直接以栈桥方向为勘测迹线，见图4。当断面迹线与大坝轴线没有相交时，仍需要在图中标注与1)中相同的数据。

图4 栈桥式断面勘测示意图

4.3 量程要求

雨水情监测系统建设是为防洪、干旱评价提供基础的数据。因此，水位监测系统的量程需满足防洪需求，也需满足干旱评价需求。因此，量程最低可测水位应为死水位以下0.1～1.0 m。若死水位高于历史最低水位时，则可测水位需低于历史最低水位以下0.1 m。可测最高水位需高于坝顶0.2 m以上。

采用浮子式水位计时，循环钢绳长度应满足最低可测水位浮子不搁浅；最高可测水位时平衡锤不搁浅。见图5。浮子与平衡锤之间循环钢绳长度按下式计算：

图5 浮子与平衡锤安装示意图

L=H+2h+0.3

(1)

式中：L为循环钢绳长度；H为最低可测水位至地坪高度；h为地坪至仪器顶高度。

4.4 水准点埋设

水准点的埋设是确定人工观测水尺零点高程的依据。因此，考虑水准点埋设位置应高于历史最高水位以上0.5 m，水准点应置于地下一定深度范围内。为了保证水准点的稳定、坚固、耐用性，也可采用灌注法将水准点标识置于岩石层或者永久性建筑物上。见图6。

图6 水准点埋设要求示意图

4.5 人工观测设施

人工观测设施是水位自动测报必不可少的装置，主要由观测水尺、观测道路等组成。人工观测尺需能观测水库最高与最低水位，观测尺可采用标注水库各特征水位不锈钢板。人工观测可采用直读式和立桩式两种方法。当采用立桩式观测时，同组的基本水尺应置于同一断面。当地形限制无法位于同一断面时，上下游水尺间同时刻的水位差不应超过1 cm。邻观测水尺之间重叠0.1～0.2 m，底座采用C20混凝土现浇基础。

5 结 语

安徽铜陵市小型水库数量多，分布较为零散，人工收集雨水情数据工作强度大、难度高。随着信息化技术的发展，雨水情自动化建设系统建设成为可能。铜陵市水库雨水情监测系统建设需与省水利数据中心数据形成整体，完成多个水文系统数据的整合，提高数据的利用率。通过现场布设适宜的雨水情监测站，可将观测数据快速传输至中心，为预测、预警提供科学依据。