塔里木河流域水情自动采集系统建设方案探讨

何文华，郭 峰

（新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000）

塔里木河流域水情自动采集系统建设方案探讨

何文华，郭 峰

（新疆塔里木河流域管理局，新疆 库尔勒 841000）

水情自动采集系统的推广使用，可提高水资源管理工作的效率。阐述塔里木河流域水情自动采集系统建设的必要性，介绍水情自动采集系统的组成，从水位计、通信方式、数据存储方式 3 个方面进行分析比选，确定塔里木河流域水情自动采集系统采用雷达水位计、GPRS 通信、数据集中存储建设的最优方案。

流域；水资源管理；水情；自动采集；通信；数据

为适应塔里木河流域水资源管理工作的发展，近些年，塔里木河流域管理局对流域水情测报的要求也越来越高，对提供的水位信息要求实时、准确。为满足这一要求，塔里木河流域水情信息采集已逐步由传统的人工观测方式向自动采集和传输方向发展。为适应这种转变，塔里木河流域管理局进行了水情自动采集系统的建设。

1 流域水情自动采集系统建设的必要性

塔里木河流域具有自然资源丰富和生态环境脆弱的双重性特征，对流域进行综合治理，进行水资源管理和水量统一调度是维护自然资源、保护生态环境的重要手段。

加强和完善水情自动采集系统建设是保证流域水资源管理和水量统一调度的前提。目前塔里木河流域水资源管理所需水情信息主要来源于新疆自治区水文局新建和改建的 28 处水文监测站点，对涉及有关地方和兵团分水、源流向干流输水的重要水量控制断面进行监测和监督。近些年，随着水资源管理工作的进一步深化和国家“三条红线”水量控制指标任务的分解，要求加强流域范围内各级引水口实际引水量的监测。鉴于塔里木河流域地域广袤，交通不便，为使水量调配者可以在远方的调度中心实时接收相关的水量信息，并根据河流来水和灌溉用水情况快速编制出调度方案，及时下达调度指令，提高工作效率，建设流域水情自动采集系统是十分必要的。

2 流域水情自动采集系统的组成

塔里木河流域水情自动采集系统由现地采集终端及控制中心组成。

2.1 现地采集终端

现地采集终端主要完成水情数据的自动采集和存储，并向控制中心传送数据，主要由水位计和采集终端组成。塔里木河流域管理局近几年使用较多的水位计为超声波和雷达式水位计。采集终端是以单片机为核心的数据测控装置，是一个单片机系统，由单片机，以及接口、控制、时钟、输出等电路组成，单片机通过接口电路读取传感器数据（水位或雨量等），然后进行数据转换、编码、调制，进而通过控制电路输出。采集时间间隔可通过接口电路的设置进行调整[1]。

2.2 控制中心

控制中心由用于数据接收的通信模块、计算机及相关的水情自动采集系统管理软件组成。将通信模块接收到的各数据采集终端的水情数据送入计算机，对数据进行存储、分析。计算机内建设统一的数据库，对数据进行存储和管理。水情自动采集系统软件采用全中文操作界面，完成水情信息的数据查询、分析、打印及实时数据采集等功能[2]。

3 流域水情自动采集系统建设的方案

3.1 水位计的比选

3.1.1 超声波水位计

超声波水位计是非接触式的水位监测设备，将超声波发射装置固定在离水面一定高度的位置上，依靠其定时向水面发射超声波信号，然后接收水面的反射波，根据超声波在空气中的传播速度和往返所需的时间计算探头到水面的距离，换算出水面的高度值。

超声波水位计的优点在于量程比较大，安装比较方便，测量精度较高；缺点是在室外情况下，超声波容易受环境温、湿度及空气流动等因素的影响，偶尔会出现测量数据偏差较大的现象。

3.1.2 雷达水位计

雷达水位计是利用电磁波探测目标的电子设备。通过发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得水位水流至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

与超声波水位计比较，雷达水位计具有在室外的适应性好，不受温度和天气的影响，抗干扰能力强，精度高等优点；同时雷达水位计可以在比较高的温度环境下使用，而超声波水位计环境温度一般不能超过 80℃。

塔里木河流域地处中纬度欧亚大陆腹地，远离海洋，是典型的大陆性气候区，属大陆性暖温干旱气候。流域气候特点是干燥少雨，蒸发强烈，四季气候悬殊，温差大；夏季气温高，日照长，多雷阵雨和冰雹；冬季气候寒冷多晴天，极端最低温度-30.9℃。塔里木河流域水情自动采集系统多建设在野外，冬夏温差较大，受浮尘、冰雹天气环境的影响也较大，且采集系统大多建设在枢纽闸门的后面，水流急，浪涌大。经多年的使用和对比，认为雷达水位计更适合流域水情自动采集系统。

3.2 通信方式的比选

由于数据采集终端一般在野外工作，且分布面广，因此通信方式的选择对整个自动采集系统的可靠性起着关键性作用。

3.2.1 超短波通信

超短波通信是比较传统的通信方式，优点在于信号传输比较稳定，质量较好，具有一定的绕射能力，是我国目前应用最多、技术上也比较成熟的通信方式，但属于视距传输，且受地形限制，在山地通信时需要设置中继站，成本会增加。

3.2.2 卫星通信

卫星通信的传输质量好，传输距离不受限制，覆盖面积大，受地形、气候的影响小，组网灵活，但目前运行费用偏高。

3.2.3 GPRS 通信

GPRS 是在 GSM 系统基础上发展起来的分组数据承载和传输业务，能有效利用无线网络信道资源，特别适用于间歇、非周期、少量的数据传输等，传输速率高，资源利用率高，接入时间短，永远在线，支持 IP 协议；同时由于利用了现有的网络，用户无需另外组网，所以节省了昂贵的组建网和维护费用，且对用户的数量没有任何限制[3]。

塔里木河流域在近几年的水情数据自动采集系统建设中，分别使用过卫星、超短波及 GPRS 等通信模式。但鉴于流域特殊的地理环境，浮尘天气对卫星通信会产生一定的影响；流域体制改革后，水资源管理要求全流域加强水情数据监测，但流域面积较广，监测点较多，受成本和运行费用的限制，也逐渐减少、限制了超短波和卫星通信的使用。通过对比，发现 GPRS 通信更适应塔里木河流域的水情自动采集传输；流域水情数据传输频率低，数据信息量小，但实时性较高，GPRS 通信方式最为可以满足。因此选择 GPRS 通信作为塔里木河流域水情自动采集系统的通信方式。

3.3 数据存储方式的比选

2000—2010年期间，塔里木河流域内各流域管理单位，包括叶儿羌河、和田河和阿克苏河等流域管理局及巴州水管处结合各自的业务工作建设了部分用于水位水量监测的水情自动采集系统，分别完成了各自管理范围内数据的采集、传输、存储和应用。但是在系统的运行中发现，由于缺乏运行维护资金的筹措渠道，系统建设点多线长缺乏长远规划，缺乏专业人员的维护，导致各自系统运行受阻甚至瘫痪。

2011年新疆整合兼并塔里木河主要源流管理机构，即将源流叶尔羌河、和田河、阿克苏河等流域的管理局及具有流域水资源管理职能的巴州水管处等四源流流域管理机构，整建制移交给塔里木河流域管理局管理，这标志着流域在统一管理方面取得了重大进展。体制改革后，为充分利用塔里木河流域管理局的优势，实现信息资源和人才资源的共享，进一步提高全流域水情自动采集系统的建设和运行管理水平，经过充分调研和设计后，认为数据的集中存储将更加适应塔里木河流域水资源管理新体制的发展。

2015年，在充分调研和设计的基础上，塔里木河流域管理局确定建设流域数据资源管理平台。数据资源管理平台遵循国家行业相关标准规范，结合塔河流域已建标准规范化体系，对所需的全部数据资源进行统一的存储、管理和维护，为塔里木河流域水量调度信息化的各类业务应用提供统一的信息数据资源管理及访问平台。数据资源管理平台建设完成后，5 个流域管理局及 1 个水库管理局的所有水情自动监测数据将集中存储在塔里木河流域管理局，对数据进行统一的管理和应用。

与以往的数据分散存储对比，此次数据资源管理平台主要针对工程各业务工作流程的特点，建立统一的数据模型，通过采用成熟的数据库、数据存储和处理等技术，建立分布式网络存储管理体系，满足海量数据的存储管理要求，通过采用备份等容灾技术，保证数据的安全性，整合系统资源，保证数据的一致性和完整性，并形成统一的数据存储与交换和共享访问机制，为统一应用平台建设等应用系统提供统一的数据支撑。此平台的建设，减少了流域各源流管理局数据管理设备、人员的投入，减少了相应的运行维护费用。同时，数据管理平台的建设，将为今后流域数据资源的应用提供较为稳固的基础数据平台。

4 结语

在不断的实践和应用中，塔里木河流域管理局总结经验教训，选择最适应当前流域水资源管理模式的水情自动采集系统的最优建设方案，可提高流域水资源管理的效率。但随着信息技术的不断发展，自动采集系统中的数据采集设备、通讯及存储技术都将不断的发展和进步。塔里木河流域管理局将在不断的建设与应用中总结经验，对系统不断进行完善和改进，以期达到最优效果。

[1] 王旭东，路军，马毓潇. 墒情监测及节水灌溉自动控制系统开发与应用[J]. 水利技术监督，2006 (2): 38-39.

[2] 王暄. 库塔东干渠工程水情自动测报系统设计[J]. 水利技术监督，2010 (6): 58-61.

[3] 刘裕伟，刘景彬，姜怀玺. GPRS 技术在供水测控系统中的应用[J]. 水利技术监督，2010 (4): 49-52.

Discussion of Hydrological Automatic Acquisition System of Tarim River Basin

HE Wenhua, GUO Feng

(Xinjiang Tarim River Basin Management Bureau, Korla 841000, China)

Promotion and application of hydrological automatic acquisition system can improve the efficiency of water resource management. The article expounds the necessity of automatic acquisition system construction in Tarim River Basin, introduces the composition of hydrological automatic acquisition system, analyzes and selects from 3 aspects of the water level meter, communication mode and data storage mode, determines the optimal scheme of radar lever meter, GPRS communication, data centralized storage construction of hydrological automatic acquisition system in Tarim River basin

river basin; water resources management; water; automatic acquisition; communication; data acquisition

TV21；TP391.1

A

1674-9405(2015)04-0070-03

2015-03-18

何文华（1983－），女，四川蓬安人，工程师， 从事水利信息化工作。