謝文奇

（遼寧省本溪水文局 本溪市 117000）

論水文巡測工作中水文遙測水位系統(tǒng)的運用

謝文奇

（遼寧省本溪水文局 本溪市 117000）

在水文水資源工作中，開展水文巡測工作能夠使水文服務(wù)質(zhì)量得到有效提升。而在水文巡測工作中進行水文遙測水位系統(tǒng)的運用，則能使水文巡測工作質(zhì)量得到進一步提升。 基于這種認(rèn)識，文章對水文巡測工作中水文遙測水位系統(tǒng)的運用問題進行探討，以期為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

水文巡測 水文遙測水位系統(tǒng) 運用

1 水文遙測水位系統(tǒng)概述

隨著遙測技術(shù)的發(fā)展， 目前各地水文巡測站都在積極進行遙測水位系統(tǒng)的建設(shè)。 利用該系統(tǒng)，能完成水文信息的實時、高效和全覆蓋記錄，從而為水文分析提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。就目前來看，在水文巡測工作中運用該系統(tǒng)，需要完成水文信息的收集、傳輸和處理[1]。 而水位系統(tǒng)為水文遙測系統(tǒng)的重要組成部分，由水位監(jiān)測傳感器、通信設(shè)施、控制裝置和信號接收、處理裝置等多種設(shè)備構(gòu)成，能夠在防汛工作中得到運用。本溪市位于遼東半島腹地，全縣面積為3 344 km2，境內(nèi)有200余條中小河流，分屬遼河流域和鴨綠江流域，河道大多較為狹窄，但斷面較為穩(wěn)定。 每年6～9月為該地區(qū)汛期，雨量較為集中，容易出現(xiàn)洪水。 在2006年以前，遼寧本溪地區(qū)主要運用機械式水位計進行水位數(shù)據(jù)監(jiān)測。 但從所得實測資料來看，存在著所測流量空間分布不合理、洪峰流量無法實測和流量巡測盲目性較大等問題，以至于影響了水文巡測工作質(zhì)量。為解決這一問題，遼寧本溪于2006年開始進行水文遙測系統(tǒng)建設(shè)[2]。目前，遼寧本溪地區(qū)共完成了8處水文站的建設(shè)， 各站都配備有遙測水位計，能夠完成水位數(shù)據(jù)的采集，然后通過遙測終端機進行數(shù)據(jù)傳輸。

如圖1所示， 遼寧本溪水文遙測系統(tǒng)由多個遙測站和1個水情中心站構(gòu)成， 使用的遙測終端機分為兩種，即YDH-1A型端機和YAC-9900型端機。系統(tǒng)中包含各種傳感器和接收控制裝置及通信設(shè)施，能夠用于進行水文資料的收集、存儲和整理。 在對水位數(shù)據(jù)進行獲取時， 遙測終端機將利用超短波或GPRS將水位數(shù)據(jù)傳輸至接收中心。經(jīng)過計算機處理，則能夠得到相關(guān)結(jié)果數(shù)據(jù)[3]。就目前來看，借助現(xiàn)代信息系統(tǒng)， 遼寧本溪已經(jīng)完成了基于無線網(wǎng)絡(luò)的遙測水位系統(tǒng)構(gòu)建。利用該系統(tǒng)，不僅能夠完成水位數(shù)據(jù)的實時處理，還能進行水位過程線的繪制，從而進行水情的實時預(yù)報。

圖1 遼寧本溪水文遙測水位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 水文遙測水位系統(tǒng)的運用

（1） 在水位流量巡測中的運用。

在水位流量巡測中， 使用傳統(tǒng)機械式水位計只能完成水位記錄， 無法進行水位數(shù)據(jù)的傳輸。 在這種情況下，如果巡測站為無人值守的站點，就無法較好的完成流量巡測。因為，采取該種巡測方法將出現(xiàn)所得流量時空分布不合理的情況， 并且也無法完成洪峰流量的實時巡測。 在2006年之前，遼寧本溪都使用機械式水位計進行流量巡測， 以至于所有巡測點的實測最大流量都比實際發(fā)生洪峰流量要低，水位流量關(guān)系延長幅度超出了50%，遠遠比水文規(guī)定的30%要高，所以提供的水文資料質(zhì)量較低。2006年開始，遼寧本溪開始進行水文遙測站的建設(shè)，并開始使用遙測水位計進行水文巡測。 采取該種巡測方式后， 巡測站人員只要在巡測中心就可以根據(jù)傳輸?shù)乃粩?shù)據(jù)進行流量測驗最佳時機的確定， 并掌握水量變化過程。圖2為本溪某測站點在2010年巡測工作中獲得的水位流量分布圖。2010年，本溪市發(fā)生了洪水， 巡測人員根據(jù)該站點水文變化趨勢完成了巡測方案的及時制定， 并在洪峰峰頂和底部完成了流量測量，獲得了該站點年度最高洪峰值。 同年，巡測人員對該河流發(fā)生的所有洪水都進行了完整實測， 從而使站點年度資料的整編精度得到了有效提高[4]。 而從巡測得到的水位流量關(guān)系圖上來看，站點水位流量得到了合理分布， 并且高水延長幅度滿足水文規(guī)定， 定線精度則比水文巡測規(guī)定精度指標(biāo)要高，甚至達到了國家基本站的定線精度。 由此可見，通過運用水文遙測水位系統(tǒng)， 能夠使水文巡測工作質(zhì)量得到保證。

圖2 某巡測站2010年水位流量關(guān)系分布圖

在實際開展流量巡測工作時， 可以利用水文遙測水位系統(tǒng)進行水文流量關(guān)系曲線的分析。 在遼寧本溪的多個水文站中， 南甸站可以利用三參數(shù)冪函數(shù)原理完成水位流量關(guān)系曲線的擬合分析。 使用系統(tǒng)進行該站點的水位流量關(guān)系曲線擬合， 可以得到y(tǒng)=0.1185x0.484+285.20這一曲線方程。 在對各流量測次相對誤差進行計算時，則可以利用該方程對高、中、低水位級進行計算。 而南甸水位流量在（0.81～3.42）m3/s范圍內(nèi)，經(jīng)計算其最低水位為285.197 m。

（2） 在洪峰流量巡測中的運用。

在洪峰巡測中， 也可以運用水文遙測水位系統(tǒng)進行洪峰流量實測。 通過分析本溪歷年水文資料可以發(fā)現(xiàn)，在2006年之前，本溪所有巡測站點未能完成年內(nèi)最大洪峰流量的實測， 以至于獲得的水位流量關(guān)系曲線誤差檢驗超出了規(guī)定要求， 無法滿足定線精度要求。 在這種情況下，其流量測次不僅較少，同時還存在著分布不合理的問題， 從而導(dǎo)致巡測人員未能通過水文巡測進行水量變化過程的掌握。 自2006以后，由于巡測人員可以使用遙測水位計完成各站點水位變化情況的實時監(jiān)測， 所以更好地掌握了水位的變化趨勢。在此基礎(chǔ)上，巡測人員通過制定最佳路線，完成了最大洪峰路兩的實測[5]。 從實測結(jié)果來看，高水延長幅度都不超過20%，隨機不確定度則不超過11%， 并且測次也得到了合理分布，因此使得定線精度得到了有效提高。

（3） 在洪水測驗指導(dǎo)上的運用。

在防汛工作中，洪水測驗為重點工作，關(guān)系到水文巡測能否取得成功。從理論上來看，運用水位遙測系統(tǒng)，可以使洪水監(jiān)測的準(zhǔn)確度得到提高，從而在提高水文工作質(zhì)量的同時， 更好地進行洪水預(yù)防。 目前，在有關(guān)水利工程的建設(shè)工作中，巡測站點都會被建設(shè)在降水量較高的區(qū)域。而在這些區(qū)域，普遍擁有相似的洪水成因，并且基本在同一時期發(fā)生洪水。具體來講，就是洪水多由季節(jié)性融雪或暴雨引發(fā)。運用水文遙測水位系統(tǒng)， 則可以對不同巡測的的洪水情況進行實時監(jiān)測，并了解洪水變化情況，進而完成合理的洪水巡測路線制定。 通過在恰當(dāng)?shù)臅r間完成洪水測驗，則可以進一步掌握各站點的洪水發(fā)生情況[6]。結(jié)合發(fā)生洪水的河流的各巡測點數(shù)據(jù)，則能完成洪水特性的分析，從而得知洪水的類型和可能發(fā)生時間，并對洪水經(jīng)歷時間長度進行科學(xué)預(yù)測。對這些數(shù)據(jù)信息進行綜合分析，并完成河流水情方案的制定。例如，2010年本溪太子河的5個巡測站在1 d內(nèi)都出現(xiàn)了洪峰流量，并且洪峰發(fā)生時間相隔不超過5 h，通行時間最長則達到了4 h。由此可見，測流歷時較短，大部分時間都花費在去往巡測點的路上，所以每個站點只能停留不超過0.5 h的時間。而通過比較歷年巡測路線和時間可以發(fā)現(xiàn)，其中有兩個站點無法進行洪水過程的及時了解，停留時間過短，因此還應(yīng)進行其他巡測方案的制定?？紤]到這兩個測點為險阻地點，可利用氣泡水位計進行巡測，以便進行水位數(shù)據(jù)的及時測量。通過進行巡測路線和方案的合理制定，則能完成洪峰流量的準(zhǔn)確測量[7]。從實踐運用情況來看，無論是在汛期基本站還是常年水文站，運用水位遙測系統(tǒng)進行斷面相對穩(wěn)定和水位流量關(guān)系呈單一線性的河流巡測，都能夠滿足全局巡測部署要求。因此，在水文巡測中運用水文遙測水位系統(tǒng)，能夠為水位巡測提供科學(xué)指導(dǎo)。

3 水文遙測水位系統(tǒng)在運用中的問題

就目前來看，遼寧本溪水文巡測站在水文巡測中運用水文遙測水位系統(tǒng)也出現(xiàn)了一些問題。對遙測系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)和人工觀測數(shù)據(jù)進行比較后發(fā)現(xiàn)，各遙測站端機使用GPRS進行水位數(shù)據(jù)傳輸時，由于GPRS模塊始終處在工作狀態(tài)，所以會產(chǎn)生較大功耗。在這種情況下，測站總會出現(xiàn)蓄電池虧電報停的問題。針對這一情況，測站人員還應(yīng)定期進行充電，以免該問題的發(fā)生影響水位數(shù)據(jù)的傳送。

此外，系統(tǒng)因設(shè)備性能不穩(wěn)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)跳變情況，以至于影響了水文數(shù)據(jù)質(zhì)量。針對這一情況，短期內(nèi)還要加強人工監(jiān)視，以便將跳變數(shù)據(jù)及時刪除。從長期發(fā)展角度來看，還要加強系統(tǒng)設(shè)備的維修維護，以便使設(shè)備性能得到改善[8]。此外，為確保水位數(shù)據(jù)能夠得到及時傳輸，還應(yīng)建立GSM備用信道，以確保系統(tǒng)能夠在GPRS模塊發(fā)生故障時利用GSM信道進行數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)論

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在水文巡測工作中進行水文遙測水位系統(tǒng)的運用，可以更好地完成流量巡測、洪峰實測，并且能夠為水文巡測提供科學(xué)指導(dǎo)，從而使全局巡測部署要求得到滿足。所以，相關(guān)人員還應(yīng)加強水文遙測水位系統(tǒng)的運用，以便更好的開展水文巡測工作。此外，相信隨著遙測技術(shù)的發(fā)展，水文遙測水位系統(tǒng)也將得到進一步完善，從而獲得更好的發(fā)展前景。

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[2]傅永平,胡芳華,虞曉峰.水閘自動化系統(tǒng)中水位數(shù)據(jù)與水文遙測數(shù)據(jù)的共享[J].浙江水利科技，2012，（05）：56-58.

[3]鄭偉平.遙測水位計在水文巡測中的應(yīng)用[J].吉林農(nóng)業(yè)，2012，（07）：214.

[4]關(guān)再生,胡新功.水文遙測設(shè)備在水文巡測工作中的應(yīng)用[J].氣象水文海洋儀器，2010，（03）：6-8.

[5]張鑫,王鋒.吉林省水文測站水位遙測系統(tǒng)建設(shè)的可行性和必要性探討[J].科技風(fēng)，2013，（09）：5.

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[7]黃志.水位遙測系統(tǒng)在水情測報中的應(yīng)用及問題分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，（21）：161.

[8]趙勇.水位遙測儀在新疆水文測驗中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2014，（9）：176-178.

2017-01-11）

謝文奇（1980-），男，遼寧本溪人，大學(xué)本科，工程師，從事水文遙測工作。