摘要：本文是以云南省麻栗壩水庫的水情測報為載體，研究開發水庫水情自動監測系統中的工作體制和通訊方式優化，盡可能以較經濟的方式達到充分利用水資源、洪水預報和科學調度的目的。 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. 關鍵詞：水庫；水情測報系統；水庫綜合自動化 Key words: reservoir；hydrological forecast system；automation of reservoir

0 引言 隨著科學技術進步和社會的發展，我們正在從工業化社會邁向信息化社會。水利是國民經濟的基礎設施，也是一個信息密集型行業。水利信息化是計算機技術、微電子技術、通訊技術、光電技術、遙感技術等到信息技術在水利上系統應用的過程。 水庫綜合自動化系統是一個包括通信與信息技術、防洪救災管理與決策、洪水預報與科學調度的系統工程，而水庫水情測報系統是水庫綜合自動化的重要組成部分。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“半小時內完成全國水情信息收集任務”的要求，本文在測站布設已定的基礎上，采用技術已成熟的水情測報系統和一些近年新興測報系統進行對比，對麻栗壩水庫綜合自動化系統之一的水情測報系統中的工作體制和通訊方式進行了開發和優化，并進行系統硬件配置，以便能夠迅速準確掌握本流域水情及水庫上游來水情況，及時作出洪水預報。目的是迅速、準確將各測站水情信息傳送到中心站，實現各測站無人值守、中心站少人值班；水庫中心站能夠自動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依據[1]。 1 麻栗壩水庫簡介 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33.4km。水系發育，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，常因洪水引發較大損失。 2 麻栗壩水庫水情自動測報系統開發 2.1 系統覆蓋范圍與站網布設 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測報系統的站網由1個中心站、11個遙測雨量站、1個水庫水文站（壩上、壩下）、1個河道水文站（兼測雨量）、7個灌溉渠道站、一個閘門控制站組成。 2.2 測報系統結構 麻栗壩水庫水情自動測報由3個系統構成：水庫管理局的中心站（第一級）；分布在水庫上、下游的各類測站及控制站（第二級）；涉及各類監測點（第三級）。第一級中心站。中心站設在水庫管理局，由服務器、工作站、防雷設備、中心遙測終端、UPS、穩壓電源、無線電臺、天線、有線通訊設備、計算機網絡設備及計算機輔助設備等組成。作用是接受各測站發送的數據，實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，通過有線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。通過無線或有線連接至第二級對應的RTU，實現自動測量的目的。水情自動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行處理，通過整理、計算、分析后得出水情信息。 2.3 測報系統工作體制優化 水情測報系統工作體制分為自報式、應答式和混合式三種。工作體制性能優化主要從系統結構、電源消耗、實時性、同頻信號碰撞等幾方面來比較研究。 2.3.1 系統結構 自報方式的特點是數據單方向傳輸，因而僅需要單向信道，系統結構簡單。遙測站只發送，不接收，中心站只接收，不發送。因而設備的軟硬件簡單，設備投資低，設備維修容易。應答方式特點是具有接收命令和發送數據的收發雙向通訊，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 自報方式的特點是遙測站在不發送數據的時處于微功耗狀態，用小容量蓄電池組和小容量太陽能光電板浮充方式供電，體積小、重量輕，便于實現結構一體化設計。應答方式的特點是遙測站因接收機一直處于接收守侯狀態，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能電池對蓄電池進行浮充，蓄電池容量較大。 2.3.3 實時性 自報方式的特點是根據事先設定的時間間隔和增量發生報數。應答方式的特點是隨應隨答，實時性好。 2.3.4 同頻信號碰撞 自報方式的特點是各遙測站是隨機向中心站報數，可能發生同頻信號碰撞，導致接收端收數異常。應答方式的特點是由中心站主動召測，不存在同頻信號碰撞的問題。混合式的特點介于自報式與應答式之間。結合麻栗壩水庫地形環境情況，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化 水情自動測報通信方式目前主要有超短波、有線PSTN、衛星、短波、GMS短信等多種方式。 2.4.1 超短波通信的優點是：信號傳輸比較穩定，質量較好，又具有一定的繞射能力，技術上最成熟。缺點是：傳播距離較近；受地形限制，在山地通信或距離較遠時需設置中繼轉發站。

2.4.2 有線PSTN（Public Switching Telephone Network）具有組網靈活、成本低、維護方便等優勢。但系統運行通話費用較高，實時性差，運行成本高，而且發送數據間隔較長，不能實時反映情況。 2.4.3 衛星通信系統的優點是：信號傳輸質量最好；傳輸距離不受限制，覆蓋面積大；受地形、氣候的影響小、組網靈活。缺點是：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 短波通信的優點是：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。短波通信的缺點是：通信質量差，信道穩定性差；受電離層和氣候的影響大。GSM短信息的優點是：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，可實現“一包多發”。缺點是：因受基站覆蓋影響，建設地點有限制條件。根據麻栗壩水庫水情自動測報系統覆蓋范圍、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、水位站各個遙測站間采用超短波通訊方式進行數據傳輸。水管局中心站與輸水閘閘自動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。其產品質量穩定，性價比高。水位計選用靜壓式液位計，體積小，安裝使用簡便。 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、太陽能電池板、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、解調器、服務器、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，遙測站設備必須省電，采用太陽能-蓄電池直流浮充供電方式電源配置，應能保證設備在環境要求下，連續正常工作，電池組容量應能保證各類設備在連續20天陰雨天氣情況下仍能正常工作。太陽能供電方式由太陽能電池板、充電控制器和蓄電池組成。太陽能充電控制器具有過度放電保護、過載保護、蓄電池接反保護和太陽能板接反保護。為了保障水情自動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下供電2小時。 3.4.2 避雷接地 由于工程地處山區，是雷電高發區，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，高度高于天線高度1.5米，避雷針和引下線焊牢，避雷針保護角為45°，天線、機房等設備均在保護范圍內，遙測站接地電阻小于10Ω。天線系統則采用天饋避雷器。防雷設備要求過流能力強，泄流時間短。 4 結語 麻栗壩水庫水情自動測報系統根的實際運行表明自報方式為該系統的較優工作體制；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，改善了工作環境，能使管理人員進行科學決策和合理調度，確保工程安全和水資源的充分利用，使工程達到安全、經濟高效運行的目的。