摘要：本文是以云南省麻栗壩水庫的水情測報為載體，研究開(kāi)發(fā)水庫水情自動(dòng)監測系統中的工作體制和通訊方式優(yōu)化，盡可能以較經(jīng)濟的方式達到充分利用水資源、洪水預報和科學(xué)調度的目的。

　　Abstract: This article takes the hydrological forecast of Maliba reservoir in Yunnan Province as the carrier, studies the optimization of work system and communication ways of automatic monitoring system, to achieve full utilization of water resources, flood forecasting and scientific control purposes with a more economical way as possible.

　　關(guān)鍵詞：水庫；水情測報系統；水庫綜合自動(dòng)化

　　Key words: reservoir;hydrological forecast system;automation of reservoir

　　引言

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和社會(huì )的發(fā)展，我們正在從工業(yè)化社會(huì )邁向信息化社會(huì )。水利是國民經(jīng)濟的基礎設施，也是一個(gè)信息密集型行業(yè)。水利信息化是計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通訊技術(shù)、光電技術(shù)、遙感技術(shù)等到信息技術(shù)在水利上系統應用的過(guò)程。

　　水庫綜合自動(dòng)化系統是一個(gè)包括通信與信息技術(shù)、防洪救災管理與決策、洪水預報與科學(xué)調度的系統工程，而水庫水情測報系統是水庫綜合自動(dòng)化的重要組成部分。遵照《國家防汛抗旱指揮系統工程總體設計綜合報告》中提出“半小時(shí)內完成全國水情信息收集任務(wù)”的要求，本文在測站布設已定的基礎上，采用技術(shù)已成熟的水情測報系統和一些近年新興測報系統進(jìn)行對比，對麻栗壩水庫綜合自動(dòng)化系統之一的水情測報系統中的工作體制和通訊方式進(jìn)行了開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，并進(jìn)行系統硬件配置，以便能夠迅速準確掌握本流域水情及水庫上游來(lái)水情況，及時(shí)作出洪水預報。目的是迅速、準確將各測站水情信息傳送到中心站，實(shí)現各測站無(wú)人值守、中心站少人值班；水庫中心站能夠自動(dòng)采集和傳輸所轄范圍內各遙測雨量站、水位雨量站、渠道站；水庫大壩安全信息能即時(shí)上報，增強水庫的管理和調度能力，為防汛抗旱調度提供科學(xué)依據[1].

　　1  麻栗壩水庫簡(jiǎn)介

　　麻栗壩水庫位于云南省隴川縣以北約5km的南宛河上游。流域呈北南向的矩形狀，縱長(cháng)約27km,最大寬度約19km,流域面積294km2.西南及東北部分水嶺海拔高程一般都在2000~2200m以下；最低的壩址處，海拔高程為968m.壩址以上干流河長(cháng)33.4km.水系發(fā)育，1km以上的一級支流多達39條，集流條件較好。該水庫所處地理位置氣候干燥，降水較少，水資源缺乏，洪水有峰高量少、陡漲陡落、溝陡坡大、破壞性大等特點(diǎn)，常因洪水引發(fā)較大損失。

　　2  麻栗壩水庫水情自動(dòng)測報系統開(kāi)發(fā)

　　2.1 系統覆蓋范圍與站網(wǎng)布設  根據流域河道特征和水文氣象特征，考慮到便于設備的管理和使用，麻栗壩水庫水情自動(dòng)測報系統的站網(wǎng)由1個(gè)中心站、11個(gè)遙測雨量站、1個(gè)水庫水文站（壩上、壩下）、1個(gè)河道水文站（兼測雨量）、7個(gè)灌溉渠道站、一個(gè)閘門(mén)控制站組成。

　　2.2 測報系統結構  麻栗壩水庫水情自動(dòng)測報由3個(gè)系統構成：水庫管理局的中心站（第一級）；分布在水庫上、下游的各類(lèi)測站及控制站（第二級）；涉及各類(lèi)監測點(diǎn)（第三級）。第一級中心站。中心站設在水庫管理局，由服務(wù)器、工作站、防雷設備、中心遙測終端、UPS、穩壓電源、無(wú)線(xiàn)電臺、天線(xiàn)、有線(xiàn)通訊設備、計算機網(wǎng)絡(luò )設備及計算機輔助設備等組成。作用是接受各測站發(fā)送的數據，實(shí)現數據入庫管理及分析處理。第二級智能化設備。智能化設備由水情自動(dòng)測報的智能遙測終端（RTU）設備組成。其將采集的降雨量、水位參數，通過(guò)有線(xiàn)方式或超短波方式將數據報送至水庫中心站。第三級：傳感器、數據電臺通訊。由各雨量計、水位計等傳感器或器件組成，主要作用是采集各測站的降雨量、水位參數。通過(guò)無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)連接至第二級對應的RTU,實(shí)現自動(dòng)測量的目的。水情自動(dòng)測報系統主要功能是承擔氣象站、雨量站、水位站的信息采集，并將信息傳送至水庫中心站。中心站將數據信息進(jìn)行處理，通過(guò)整理、計算、分析后得出水情信息。

　　2.3 測報系統工作體制優(yōu)化  水情測報系統工作體制分為自報式、應答式和混合式三種。工作體制性能優(yōu)化主要從系統結構、電源消耗、實(shí)時(shí)性、同頻信號碰撞等幾方面來(lái)比較研究。

　　2.3.1 系統結構  自報方式的特點(diǎn)是數據單方向傳輸，因而僅需要單向信道，系統結構簡(jiǎn)單。遙測站只發(fā)送，不接收，中心站只接收，不發(fā)送。因而設備的軟硬件簡(jiǎn)單，設備投資低，設備維修容易。應答方式特點(diǎn)是具有接收命令和發(fā)送數據的收發(fā)雙向通訊，需要雙向信道，系統結構復雜。遙測站和中心站均具備發(fā)送和接收功能，設備軟硬件復雜。

　　2.3.2 電源消耗  自報方式的特點(diǎn)是遙測站在不發(fā)送數據的時(shí)處于微功耗狀態(tài)，用小容量蓄電池組和小容量太陽(yáng)能光電板浮充方式供電，體積小、重量輕，便于實(shí)現結構一體化設計。應答方式的特點(diǎn)是遙測站因接收機一直處于接收守侯狀態(tài)，因而電源消耗較大，通常為自報式的數倍以上，需要較大容量的太陽(yáng)能電池對蓄電池進(jìn)行浮充，蓄電池容量較大。

　　2.3.3 實(shí)時(shí)性  自報方式的特點(diǎn)是根據事先設定的時(shí)間間隔和增量發(fā)生報數。應答方式的特點(diǎn)是隨應隨答，實(shí)時(shí)性好。

　　2.3.4 同頻信號碰撞  自報方式的特點(diǎn)是各遙測站是隨機向中心站報數，可能發(fā)生同頻信號碰撞，導致接收端收數異常。應答方式的特點(diǎn)是由中心站主動(dòng)召測，不存在同頻信號碰撞的問(wèn)題�；旌鲜降奶攸c(diǎn)介于自報式與應答式之間。結合麻栗壩水庫地形環(huán)境情況，采用功耗小維護容易的自報式工作體制。

　　2.4 測報系統通訊方式優(yōu)化  水情自動(dòng)測報通信方式目前主要有超短波、有線(xiàn)PSTN、衛星、短波、GMS短信等多種方式。

　　2.4.1 超短波通信的優(yōu)點(diǎn)是：信號傳輸比較穩定，質(zhì)量較好，又具有一定的繞射能力，技術(shù)上最成熟。缺點(diǎn)是：傳播距離較近；受地形限制，在山地通信或距離較遠時(shí)需設置中繼轉發(fā)站。

　　2.4.2 有線(xiàn)PSTN（Public Switching Telephone Network）具有組網(wǎng)靈活、成本低、維護方便等優(yōu)勢。但系統運行通話(huà)費用較高，實(shí)時(shí)性差，運行成本高，而且發(fā)送數據間隔較長(cháng)，不能實(shí)時(shí)反映情況。

　　2.4.3 衛星通信系統的優(yōu)點(diǎn)是：信號傳輸質(zhì)量最好；傳輸距離不受限制，覆蓋面積大；受地形、氣候的影響小、組網(wǎng)靈活。缺點(diǎn)是：系統建設相對成本高；運行相對成本高；水情數據的傳輸有部分延遲現象。

　　2.4.4 短波通信的優(yōu)點(diǎn)是：傳播距離較遠，受地形的影響小，投資少，建設快，抗破壞能力強。短波通信的缺點(diǎn)是：通信質(zhì)量差，信道穩定性差；受電離層和氣候的影響大。GSM短信息的優(yōu)點(diǎn)是：傳播不受距離、地形限制；投資少，建設快，運行費用低；抗破壞能力強，可實(shí)現“一包多發(fā)”.缺點(diǎn)是：因受基站覆蓋影響，建設地點(diǎn)有限制條件[2].根據麻栗壩水庫水情自動(dòng)測報系統覆蓋范圍、地形復雜落差大，決定在水管局數據采集中心站、中繼站與雨量站、水位站各個(gè)遙測站間采用超短波通訊方式進(jìn)行數據傳輸。水管局中心站與輸水閘閘自動(dòng)控制站采用光纖通訊方式。

　　3  主要設備選型

　　根據選定的系統測報體制和總體設計方案，整個(gè)系統硬件配置包括：傳感器、遙測站終端設備和中心站設備。

　　3.1 一次傳感器  雨量計選用翻斗式雙簧雨量計。其產(chǎn)品質(zhì)量穩定，性?xún)r(jià)比高。水位計選用靜壓式液位計，體積小，安裝使用簡(jiǎn)便[3].

　　3.2 遙測站終端設備  智能遙測終端（RTU）終端設備選用自報式遙測終端機，由控制器、調制器、天饋線(xiàn)、太陽(yáng)能電池板、蓄電池組成。中心遙測終端（中心RTU）一般要求：除了具有智能遙測終端的全部功能外，還應具備以下特殊功能：可在中心站計算機不開(kāi)機的情況下，獨立運行，接收各測站的數據。

　　3.3 中心站  中心站由天饋線(xiàn)、解調器、服務(wù)器、微機、打印機、顯示器、UPS等組成。中心站的主要功能最終由微機系統完成，計算機通過(guò)解調器接收遙測站數據，完成數據處理和存儲并生成各種表格。

　　3.4 電源和防雷接地

　　3.4.1 電源配置  考慮到測站的特點(diǎn)，遙測站設備必須省電，采用太陽(yáng)能-蓄電池直流浮充供電方式電源配置，應能保證設備在環(huán)境要求下，連續正常工作，電池組容量應能保證各類(lèi)設備在連續20天陰雨天氣情況下仍能正常工作。太陽(yáng)能供電方式由太陽(yáng)能電池板、充電控制器和蓄電池組成。太陽(yáng)能充電控制器具有過(guò)度放電保護、過(guò)載保護、蓄電池接反保護和太陽(yáng)能板接反保護。為了保障水情自動(dòng)測報系統的正常運行，系統應配置穩定的電源，中心站采用交流凈化電源，并配備UPS保證不間斷向設備供電，保證中心站計算機在市電停電狀態(tài)下供電2小時(shí)。

　　3.4.2 避雷接地  由于工程地處山區，是雷電高發(fā)區，充分考慮避雷設計以保障遙測站正常工作減少損害。室外采用避雷針，高度高于天線(xiàn)高度1.5米，避雷針和引下線(xiàn)焊牢，避雷針保護角為45°，天線(xiàn)、機房等設備均在保護范圍內，遙測站接地電阻小于10Ω。天線(xiàn)系統則采用天饋避雷器。防雷設備要求過(guò)流能力強，泄流時(shí)間短。

　　4  結語(yǔ)

　　麻栗壩水庫水情自動(dòng)測報系統根的實(shí)際運行表明自報方式為該系統的較優(yōu)工作體制；供電方式合理；接地設備和避雷裝置設計可靠。系統的建設，提高了管理人員的工作水平，改善了工作環(huán)境，能使管理人員進(jìn)行科學(xué)決策和合理調度，確保工程安全和水資源的充分利用，使工程達到安全、經(jīng)濟高效運行的目的。

　　參考文獻：

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