天长市小型水库雨水情自动测报系统的建设

王淼

摘要：近年来，国家十分重视水库的除险加固工作，本文从当前水利现状出发，针对我国小型水库数量多、偏远、分散等特点，积极响应国家号召，将计算机、通信、自动化等技术结合到水利工作中设计了天长市小型水库雨水情自动测报系统，该文是从系统的必要性，方案构成和要求来阐述，有效预防洪涝灾害，提高了工作效率，产生了社会效益与经济效益。

关键词：雨水情;自动水雨监测站;信息传输;监测

天长市地处安徽东部、江淮之间、淮河下游，属于江淮分水岭地区，因其特定的地理位置、特殊的气候条件，天长市的防汛问题十分突出，加强小型水库的除险加固建设对防洪安全、粮食安全和生态安全有着积极作用，因此全面实施小型水库雨水情预警预报基础设施建设十分重要。

1    概况

天长地处安徽省的最东部，江淮之间、淮河下游，属于江淮分水岭地区。除一面与本省来安县接壤外，其余三面皆被江苏五县市区（六合、仪征、高邮、金湖、盱眙）环抱。地理位置为东径118°39′～119°13′，北纬32°27′～32°58′。全市国土总面积 1770 km2，总人口63.46万。如图1所示。

它地处北亚热带，属北亚热带湿润季风气候，气候温和，雨量适中，光照充足，四季分明，具有霜期短、日照长、雨量充沛的特点。多年平均降雨量1048.5 mm，年际年内分布极不均匀，年际最大丰枯变幅达2.81倍。年内降雨大多集中于夏季，占全年降雨量的70.0%以上。多年平均最大24 h降雨为103.2 mm，经排频分析计算，相应10年、20年、50年一遇最大24 h暴雨分别为162.7 mm、193.3 mm和233.2 mm。

天长市地跨淮河流域和长江流域，其中淮河流域占96.8%。全市境内有新白塔河、老白塔河、铜龙河、杨村河、川桥河、王桥河和秦栏河等七条天然河流，呈掌状分布由西向东汇入高邮湖，皆属淮河入江水系，流域总面积2459.8 km2，其中境内1600.7 km2，境内长度为149.32 km，泄洪能力3550～4400 m3/s，引水能力82.5 m3/s。全市有高邮湖、百荡湖、沂湖、黄家湖、沙湖、洋湖等天六个然湖泊，其中高邮湖为省际湖泊，湖泊汇水面积 1657 km2（不包括高邮湖），蓄水量23.3亿m3（7.5 m水位）。如图2所示。

天长市现建有103座雨水情自动监测站点，从要素上划分，涉及自动雨量监测站点45座，自动水位监测站点91座，自动水位雨量监测站点21座。从覆盖河流及水库上分，涉及6条主要河流，9座中型水库，29座小（1）型水库，60座小（2）型水库。

2    工程建设的必要性

天长市属于低山丘陵区，水系分散，小型水库数量多、分布广，由于部分小型水库无监测设施，洪水来临无法及时获得水位资料，会给防汛工作带来困难，而小型水库雨水情自动测报系统的建设，可有效提高雨水情信息采集的准确性、时效性，从而延长洪水预见期，提高预报精准度，既保证了水库安全，又能为洪水资源化提供准确的决策。《安徽省水利信息化发展“十三五”规划》对提高防洪减灾和防汛抗旱应急管理能力等提出明确要求，但仍存在部分小型水库雨水情自动测报系统尚未安装，自动监测系统和防汛通信预警设备不完善而影响小型水库汛情险情的及时报送和发布的问题。

3    系统组成

利用信息采集系统建设水位自动监测站，通过水位计和数据采集终端实现雨水情数据的实时、自动采集，为防汛调度提供基础数据;利用信息化网络系统基于IP网来实现业务，IP技术的成熟度高，技术发展迅速，可以很好地实现数据的共享传输;监测站基座土建工程，监测站供电采用蓄水池组和太阳能光电板浮充方式，监测站铺设环形均衡接地网并安装避雷针，设备、设施必须在避雷针的保护范围内[1]。

4    站点技术要求

4.1 总體结构

雨水情自动测报系统由遥测站、传输网络、信息中心三部分组成。采用浮子水位计，水位计采集水位数据，实时传送到RTU数据采集终端，RTU分析水位变化，决定是否立即传送到数据接收中心站，水位变化1 cm时，自动向接收方发送数据，自动水雨监测站结构示意图参见图3所示。

4.2 信息传输方案

4.2.1 数据落地

2016年，通过安徽省山洪灾害防治数据同步共享系统试点项目的建设，安徽省水利信息中心已建成省级水雨情统一采集软件，天长市新建小型水库雨水情自动监测站点监测数据通过省级统一采集软件落地到安徽省水利信息中心，并支持省级统一采集软件远程升级通讯协议，远程设置站点采集频度、P地址等参数，见图4所示。

4.2.2 站点通信方式

自动监测点与省中心平台的通信方式优先采用无限公网，包括GPRS通信、GSM通信，无线公网不能覆盖的地区或有特殊要求的站点可选用卫星等通讯方式。

4.2.3 站点通信协议

自动监测站点的传感器（水位计、雨量计）与RTU遥测终端的接口及通信协议、自动监测站与省中心平台之间的数据通信协议要严格按照《水文监测数据通信规约》执行，要求与现有接入系统兼容，通信协议满足已有通信规约。

4.3 供电方案

天长市雨情自动监测站点供电设计的原则是“连续阴雨天工作时间须不少于30天”。各个监测站采用“太阳能+蓄电池直流浮充”供电方式。在日照期间太阳能给蓄电池充电，在夜间或连续阴雨期间使用蓄电池储存的电能。电源模块需要可靠的防雷设计，有效避免从电源回路引入的雷击信号。供电系统的电池电压情况定期通过RTU报送到中心站，便于管理人员掌握运行状态信息。

4.4 防雷接地方案

根据《建筑物防雷设计规范》和《电子设备雷击保护导则》等国家有关行业标准的基础上，结合监测站周围环境因素、设备对雷电电磁脉冲的抗扰度以及测站设备的重要性，应综合采取外部防雷和内部防雷等措施，最大限度降低雷击事故可能造成的人员伤亡与财产损失。

方案可分为外部防雷方案和内部防雷方案，外部防雷主要防直击雷对检测站造成的损坏，主要避免装置包括避雷针、引下线和接地体三部分。在监测站顶端架设避雷针，使监测站所有设备都安装在低于避雷针45°角度的保护范围内，引下线采用导电较好的热镀锌钢管。内部防雷主要防止感应雷和落地雷对监测站造成的损坏。采取的措施有：所有传感线缆、电子设备均由PVC绝缘层实现与直击雷防护系统之间的隔离，对设备安装位置和安装方式进行改进，尽量减少线的长度。信号线缆与RTU设备连接端应安装信号避雷器，避免信号线缆引入雷电的侵害。

4.5 数据报送方案

可以采用自报式，根据量级和需求由中心设定自报时间，在自动监测站设备控制下可采用增量自报、定时自报以及限时自报三种方式，也可为查询、应答式，由监测中心设定自动定时巡测或随机召测，自动监测站自动响应。自动监测站接受监测中心的查询，能实时采集相应数据并发送给监测中心。定时自动巡测的时间间隔，可根据数据处理和预报作业的需要来确定[2]。

5    站点设施建设要求

自动水位监测站点应设置在岸边顺直、水位代表性好，不易淤积，主流不易改道的位置，应避开回水和受水工建筑物影响的地方。每个自动水位监测站点增设水尺桩或直读式水尺，可以在现场直观地观测水位，并在水尺桩附近设置校核水准点2个。站点建成后要有防破坏、防攀爬、防溺水等指示标志及措施。

雨水情自动监测站点的建设，根据现场情况的不同，主要有标准井式自动水位站、简易岛式自动水位站、栈桥式自动水位站、依附式自动水位站等几种安装方式。经对天长市本次新建水位站现场勘测，建设方式采用简易岛式和栈桥式。

5.1 监测环境要求

外部环境要求水位监测设施周边20 m范围内不得有高杆作物、树木等，内部要求仪器集成室内（空间）仪器仪表布局简洁、布线规范，既便于运行维护，又要有序美观。仪器保护箱必须满足防锈要求，标注“安徽省小型水库水情自动测报”字样。安装集成要杜绝斜线、空中悬线、地面铺线、裸露接线等情况。

5.2 水位监测量程要求

水库水位基面必须与水库建筑物基面一致，水位监测量程既要满足防汛需要，又要满足干旱水源评价需要。水位计最低可测水位需在死水位以上0.1～1.0 m;当历史最低水位，低于死水位时，水位计最低可测水位需在历史最低水位以下0.1 m。水位计最高可测水位为水库坝高以上0.2 m。浮子式水位计码盘上浮子与平衡锤之间的循环钢绳长度：L=H+2h+0.3。循环钢绳的长度设置原则是：水位为最低可测水位时，浮子不搁浅，平衡锤上沿不受限;水位为最高可测水位时，平衡锤不搁浅，浮子上沿不受限。

5.3 监测并防淤积要求

栈桥式简易井可在底部管壁上开0.3×0.4 m活动窗口，利用吸沙泵清淤。岛式鉴于井管承重因素，在引管上部1m处布设辅助引管。

5.4 监测井勘测要求

断面勘测是小型水库水位自动监测量程确定的前期条件，水库断面勘测有别于河道大断面，侧重于监测井位置的高程与既有放水涵闸底部高程、水库大坝坝顶高程、溢洪道堰頂高程以及水库特征水位之间的关系。

断面勘测的迹线视情分两种：（1）当井管依附于放水涵构筑物时，如图5（a），以放水涵栈桥方向为迹线（一般垂直于水库大坝轴线），从坝顶开始到水下，并勘测坝顶高程、溢洪道堰顶高程、放水涵底高程，同步标注历史最低水位、死水位。放水涵无栈桥时，以井管位置与大坝轴线垂直投影为迹线。（2）当建设栈桥式时，如图5（b）直接以栈桥方向为迹线，断面迹线未与大坝轴线相交时，图中仍需标注大坝坝顶高程、溢洪道堰顶高程、放水涵底高程，同步标注历史最低水位、死水位;简易岛式自动水位站类同。

6    结语

随着天长市经济的蓬勃发展，城市影响力的逐渐扩大，建设文明城市的深入展开，且由于其特殊的地理位置，局部灾害年年发生，更加凸显建设小型水库雨水情自动测报系统的重要性。本系统将遥测站、传输网络、信息中心结合，为天长市各级防汛抗旱以及防洪治涝工程体系提供了科学依据。此类雨情系统改变了人工观测的现状，安全稳定、技术可靠、功能齐全、便捷高效。而将遥感与计算机技术等应用于水利建设已成为行业的一大趋势，且网络时代的雨情预报也将会给人类带来巨大的好处[3]。

参考文献

[1] 唐有为.中小型水库雨水情自动测报系统设计与实现分析[J].计算机产品与流通，2020（10）：260-262.

[2] 陈清.马尾区洪水预警系统现状及分析建设探析[J].海峡科学，2017（7）：64-66.

[3] 熊春茂，王云鹏，郭益国.河北省小型水库雨水情自动测报系统建设探索[J].中国水利，2017（8）：17-18.