張小勇

(成都水文水資源勘測局，成都，611130)

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對水文信息的時效性和準確性的要求也越來越高，為了及時、準確地滿足社會各種需要，水文監(jiān)測要實現(xiàn)現(xiàn)代化。要實現(xiàn)水文自動監(jiān)測和預(yù)測預(yù)警必須應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，依靠思維創(chuàng)新、機制創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，優(yōu)化調(diào)整和完善站網(wǎng)結(jié)構(gòu)，逐步建立與完善自動化水平較高的水文信息采集系統(tǒng)。同時要建設(shè)暢通快捷的水文信息傳輸系統(tǒng)，信息存儲完整、服務(wù)手段先進的水文綜合數(shù)據(jù)庫與信息服務(wù)系統(tǒng)，以滿足社會不同需求的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

目前，成都水文轄區(qū)內(nèi)有水文站 14處，遙測水位(雨量)站54處，基本形成了相對穩(wěn)定的大江大河基本水文站網(wǎng)體系。但中小河流水文監(jiān)測站點偏少，站網(wǎng)密度嚴重不足，存在水文監(jiān)測“空白區(qū)”。水文監(jiān)測資料受人類活動持續(xù)影響其系列代表性逐漸降低，預(yù)報方案因缺或無基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)而難以編制等問題極為突出，防洪報汛極為困難。亟待加強中小河流水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，新建一批雨量站和水位站，優(yōu)化調(diào)整和完善站網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)中小河流暴雨洪水自動監(jiān)測和預(yù)測預(yù)警，提高山區(qū)群眾應(yīng)對洪水災(zāi)害的能力，減少洪水災(zāi)害損失，增強成都市中小河流的洪水災(zāi)害防御能力。

2 成都中小河流遙測站建設(shè)

2.1 站點選址

(1)水位站的選址。成都中小河流水位站站點大多選在水文站上游，距成都水文局現(xiàn)有國家基本水文站較遠，預(yù)見期越長越有利于防汛安全轉(zhuǎn)移和搶險。水位站無人值守、有人看護、巡測管理，為了建設(shè)和運行管理的方便，均設(shè)在斷面穩(wěn)定且交通方便的地方。

(2)雨量站點選址。根據(jù)行政區(qū)域社會經(jīng)濟有側(cè)重地布設(shè)雨量站點，主要根據(jù)成都市境內(nèi)山洪易發(fā)地區(qū)側(cè)重布設(shè)雨量站，站點大多集中在都江堰、大邑、邛崍片區(qū)。中小河流雨量站建設(shè)需要滿足覆蓋全流域的降雨分布，實現(xiàn)全流域降雨、徑流監(jiān)控，實現(xiàn)降雨徑流預(yù)警預(yù)報。

2.2 設(shè)備組成

遙測站主要由采集設(shè)備、通訊部分、傳感器、電源系統(tǒng)和一體化支架組成。

(1)采集設(shè)備：數(shù)據(jù)采集終端(RTU)；

(2)水位傳感器：浮子水位計、氣泡水位計、雷達水位計、壓阻式水位計等；

(3)雨量傳感器：翻斗式雨量傳感器；

(4)信息傳輸：通用分組無線服務(wù)技術(shù)(GPRS)、北斗衛(wèi)星信息傳輸終端；

(5)電源系統(tǒng)：蓄電池、太陽能電池板、充電控制器；

(6)安裝支架：設(shè)備安裝支架、太陽能板支架。

2.3 設(shè)備主要功能

(1)遠程在任意地點對遙測站數(shù)據(jù)、工況查詢，遠方診斷、維護和檢修。

(2)10min內(nèi)能夠收齊水情信息，實時監(jiān)視水、雨情。

(3)VHF、GSM/GPRS、北斗衛(wèi)星、CDMA、PSTN、海事衛(wèi)星六種通信信道，測站可采用雙信道備用通信方式。

(4)中心站采集接收采用全冗余的雙主機雙網(wǎng)絡(luò)并行采集方式，實現(xiàn)單一故障不影響系統(tǒng)運行的可靠性指標。

2.4 設(shè)備安裝

中小河流雨量站均采用一體化支架，根據(jù)現(xiàn)場情況布置于地面或房頂。桿式雨量器整套儀器架設(shè)距地面約3m，支架使用直徑300mm、壁厚8mm的鍍鋅管，支架中部設(shè)有工作平臺，用于放置儀器設(shè)備的一體化機箱。翻斗雨量計、太陽能板、GPRS/GSM天線和北斗衛(wèi)星天線置于一體化機箱頂部。

水位站自動采集水位和雨量信息，在有自記測井的站點，雨量傳感器、太陽能電池板安裝于水位自記測井儀器房頂，其它設(shè)備集成安裝在水位自記測井儀器房中；在有專用儀器設(shè)備房的站點，雨量傳感器、太陽能電池板安裝于專用儀器設(shè)備房房頂，其它設(shè)備集成安裝在專用儀器設(shè)備房中；如果是一體化站點，雨量傳感器、太陽能電池板、其它設(shè)備集成安裝于一體化桿架上。水位觀測設(shè)施應(yīng)包括水準點、固定水尺和水位觀測步道以及觀測平臺。水位觀測步道和觀測平臺應(yīng)根據(jù)地形條件、水位變幅等情況施設(shè)。

3 遙測站常見故障分析及處理方法

遙測站除向水情中心平臺發(fā)送水文監(jiān)測要素信息外，還帶有多種工況數(shù)據(jù)，如：監(jiān)測站的工作電壓、通訊設(shè)備信號強度(GPRS、北斗衛(wèi)星信號強度、數(shù)據(jù)包數(shù))等信息，同時，水情中心平臺在收到上傳數(shù)據(jù)后還會記錄收報時間等。在水情中心平臺上也開發(fā)了較多的自動報警與統(tǒng)計功能，如：缺報、電壓異常、水位異常、雨量報警、校時、平安報等工況報警功能，具備到報率、暢通率、可用度等統(tǒng)計功能。利用水情查詢平臺可以對遙測站常見故障進行分析并予以處理。

3.1 電源故障分析及處理方法

古坪村站電壓過程線中查詢到白天充電電壓較低(如圖1所示)，且電壓一直下降，說明太陽能充電電壓不夠。需萬用表檢查遙測站電源系統(tǒng)工作狀態(tài)：

圖1 古坪村站電壓過程線

(1)遙測站充電電壓：測量充電控制器的3、4腳間電壓(一般應(yīng)在11.5v～14.8v之間)；

(2)蓄電池工作電壓：取下充電控制器第1腳，再次測量3、4腳間的電壓(一般應(yīng)在11.5V～14.8V之間)，如果在大太陽的情況下應(yīng)比充電電壓低0.5V～3V，當(dāng)電池電壓低于10.5V時，表明電池已損壞；

(3)太陽能電池電壓：測量取下的1腳與充電控制器2腳間的電壓，該電壓應(yīng)高于前面所測電壓，該電壓與天氣情況有關(guān)，在大太陽的情況下應(yīng)在21V左右。事后應(yīng)對太陽能感光面進行清洗，灰塵太厚將影響太陽能光電轉(zhuǎn)換效能。

3．2 雨量站雨量故障分析及處理方法

如圖2所示，甘溪雨量站雨量為115mm，周邊遙測站雨量都偏小，通過和周邊站點做合理性分析，可能存在雨量傳感器故障。由于雨量傳感器是處在大自然環(huán)境中，鳥糞、樹葉等各種雜質(zhì)均可能進入傳感器承雨漏斗中，灰塵將隨降水流入翻斗內(nèi)沉積、吸附于翻斗內(nèi)，減少翻斗存水容量，造成翻斗計量誤差，天長日久誤差逐漸增加。如維護不及時，進入承雨漏斗內(nèi)的雜質(zhì)將會造成承雨漏斗的堵塞，降水不能實時、全部流入翻斗內(nèi)測記降水量。要確保雨量站數(shù)據(jù)的準確性，需要定期對雨量傳感器進行維護和清理。

圖2 雨量站雨量分布

3.3 水位站水位計故障分析及處理方法

(1)氣管與水位計終端的氣管接口處有無損傷、有無漏氣現(xiàn)象。檢查方法是用能產(chǎn)生泡沫的液體(肥皂水、洗衣液水等)涂噴在連接處，待氣泵打氣時觀察是否有漏氣的情況，如無氣泡則代表密封完好。

(2)水下探頭檢查與維護。首先檢查探頭處是否有淤泥，固定探頭的設(shè)施是否被水沖損，管口探頭固定是否牢固，在氣泵打氣時水下出氣口附近水面是否有氣泡顯現(xiàn)；再檢查管道緣線是否有損壞等情況。

(3)水位比對：觀讀人工水位與氣泡水位計采集的水位進行比對，如果比對差超過±2cm，則應(yīng)對RTU的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行修正，使之與人工水位一致。

4 存在問題和建議

4.1 存在問題

通過對成都中小河流遙測站點投入使用現(xiàn)狀分析，主要存在以下問題：

(1)由于遙測雨量站是通過短信和GPRS的方式向四川省水情中心發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)遭遇惡劣天氣造成移動網(wǎng)站停電時，數(shù)據(jù)就無法發(fā)送；

(2)個別采用北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信的站點，受地形和環(huán)境影響較大，傳送數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；

(3)有些站與站之間距離較近，沒用充分發(fā)揮站點的作用；

(4)桿式雨量站因建設(shè)在比較空曠的地帶，容易遭受雷擊；

(5)水位站存在傳感器的選型不合理情況。

4.2 建議

(1)對通訊條件不好的遙測雨量站進行調(diào)整或更換網(wǎng)絡(luò)運營商，以充分發(fā)揮遙測站的作用；

(2)遙測水位站根據(jù)河道和地理條件優(yōu)化水位傳感器的類型；

(3)數(shù)據(jù)采集器根據(jù)當(dāng)?shù)胤姥匆笤O(shè)置水位變化率和水位加報的參數(shù);

(4)有條件的遙測站通訊信道設(shè)置為GPRS+GSM和北斗衛(wèi)星的多信道進行通訊，避免特殊環(huán)境和惡劣天氣的影響；

(5)加強遙測站的運行管理，做好汛前和汛末的定期巡檢工作。

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，水文的基礎(chǔ)地位日益凸顯，它已經(jīng)由單一測報整算到生命水文、資源水文、生態(tài)水文及水文現(xiàn)代化的跨越式發(fā)展，實現(xiàn)了從主要為防汛抗旱和水利工程建設(shè)服務(wù)，拓展到為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通、環(huán)保、旅游、生態(tài)等各個領(lǐng)域及社會公眾提供多層次服務(wù)，在保障人民群眾生命財產(chǎn)安全、服務(wù)地方經(jīng)濟社會發(fā)展和綠色生態(tài)建設(shè)等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。中小河流遙測站點的建成，將極大改善和優(yōu)化區(qū)域內(nèi)中小流域水文監(jiān)測站網(wǎng)結(jié)構(gòu)，全面提升區(qū)域監(jiān)測站點的水文測報、分析評價及水文水資源信息服務(wù)能力，實現(xiàn)中小河流暴雨洪水的自動監(jiān)測和預(yù)報預(yù)警，大大提高中小河流的洪水災(zāi)害防御能力，為防汛抗旱決策指揮，減少山洪災(zāi)害損失，保障人民生命財產(chǎn)安全和國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供支撐。