遥测水位系统在利辛水文测区的运用_江德武.pdf

2023.No.4收稿日期：20220520作者简介：江德武（1972），男，工程师，主要从事水文测验工作。摘要：为提升流量巡测能力和水文服务水平，开展了遥测水位系统在利辛水文测区的水位流量巡测、洪峰流量巡测、洪水测验指导等相关研究和应用。近年测区洪水测验结果证明，该系统的运用是保证水文巡测工作质量的必要条件，对测区巡测起到关键作用，可有效提升巡测效率和水文测验质量。关键词：遥测水位系统；水文测区；水位流量巡测；洪峰流量巡测；洪水测验中图分类号：TV123；P332文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）04-0115-03DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.04.030遥测水位系统在利辛水文测区的运用江德武（安徽省阜阳水文水资源局利辛水文勘测队，安徽阜阳236000）1遥测水位系统概述随着水文行业现代化的发展，遥测技术已大量应用在水文测验中，遥测水位系统是水文遥测系统工程的一部分。该系统由水位监测传感器、通信设施、控制装置、信号接收和处理装置等多种设备组成。该系统运行模式是由1个水情中心与数个遥测站点组成，所使用的遥测终端机有 2 种，分别为YDH-1A 型和 YAC-9900 型。在采集到水位数据时，遥测终端机可以通过 GPRS 将水位数据信息及时传送至水情中心，再经过水情中心计算机处理即可得到相关水位数据1。就现状来看，随着现代信息系统技术的深入开发，可以实现基于无线网络的遥测水位系统的建设。该系统的运用能够实现水文信息的高效和全覆盖的实时采集、记录和传输，所提供的科学数据为水文测验、洪水分析、防洪预报打下了坚实的基础。目前，在水文巡测工作中大量利用该系统的强大功能，不仅实现水位数据的实时传输和处理，还可以利用系统自带的功能绘制水位过程线，通过趋势分析可以实现水情的实时预报。2测区的运用情况2.1利辛水文测区概况利辛水文测区位于安徽省亳州市利辛县，全县面积2 005 km2，县内主要河流有西淝河、茨淮新河、阜蒙新河和芡河，属于淮河流域，河流大多较宽，但断面较为稳定。测区内中小河流众多，遥测站面广点多，每年59月为测区的主汛期，梅雨季节雨量集中、暴雨频繁，容易出现洪水。利辛水文测区内有2个水文站，4个市界断面，16个雨量站，16个地下水站以及若干水质和墒情监测站点等。阚町闸水文站是国家重要水文站，为茨淮新河控制站，主要为防汛抗旱、水资源利用和管理等服务。王市集水文站是西淝河上段控制站，主要为防汛抗旱服务。4个市界断面，主要为防汛、水质服务。水文遥测系统建成以前，测区主要采用机械式水位计获取水位数据。但从取得的实测资料分析发现，过去存在着实测流量空间分布不合理、洪峰流量无法测到的情况，不能满足流量巡测要求，只能采用驻测方式。为了实现测区巡测，测区现已装配了遥测水位系统2。遥测水位站的布设坚持尽量利用现有测站、便于通信组网、便于建设和维护的原则，在此原则下，测区内各河流控制站点已建成岸基浮子式遥测水位计，可以把获取的实时水位数据通过遥测终端机进行数据传输。2.2在水位流量巡测中的运用遥测水位系统建设以前，测区普遍使用机械式水位计采集水位，该仪器只能记录水位，不能传输水位数据。此种情况下，对无人值守站点进行巡测时就不能取得较好的流量测验成果。这是因为，上述方法不能及时了解水位变化趋势，巡测时会出现所测流量存在不合理的时空分布情况，巡测不到洪峰流量，从而造成实测最大流量低于实际发生洪峰流量，水位流量关系曲线高水延长幅度超出50%，远远高于水文规范规定的30%的要求，由此导致其提供的水文资料质量普遍较低。遥测水位系统建成后，测区均使用遥测水位计获取水位数据，巡测人员只要登录阜阳水旱情信息实时监控系统就可以查到实时水位数据，运用实时海河水利1152023年4月水位数据可以掌握最佳的流量测验时机，及时了解水量的变化过程。2021年，测区发生了洪水，以王市集水文站为例，巡测人员通过遥测水位系统迅速获取了该站点水位实时变化趋势后，利用点绘的实时水位流量关系线对三关线进行合理性分析并判断其变化趋势，再用生成的实时水位过程线与实测流量过程线进行对照检查，判断各要素变化趋势的合理性，进而分析测次的布置是否满足流量定线的精度要求，以此来确定测验时机。通过对实时水位变化趋势的变幅及拐点与相对应的流量变化趋势的关联因素的分析，获得实时的水量变化过程信息，从而掌握了最佳的流量测验时机。最佳的测流时机确定后迅速制定出应急巡测方案，赶在洪峰出现时及时完成了流量巡测，抢测到当年最高洪峰值。据此，巡测人员对当年该河流发生的洪水进行了较为完整的实测，很好地提高了该站的定线精度和年度资料整编的质量3。从巡测的流量资料点绘的水位流量关系图来看，水位流量关系时空分布不合理问题已得到有效解决，且高水延长幅度满足定线要求。定线精度得到大幅提高，达到国家基本站的精度指标，明显高于水文巡测规定的精度指标。实践证明，该系统的运用是保证水文巡测工作质量的必要条件。2.3在洪峰流量巡测中的运用在洪峰巡测中，可以利用遥测水位系统进行洪峰流量实测。在分析测区历年水文资料时发现，遥测水位系统建成以前，测区未能测到测站年内最大洪峰流量，依据实测资料点绘的水位流量关系曲线在进行误差检验时超出了规定要求，不能满足定线精度要求。这是因为，流量测次较少，存在着不合理的时空分布问题，从而导致巡测人员不能通过实测流量来掌握测站的水量变化过程。遥测水位系统建成以后，巡测人员可以利用系统实时监测到各站点水位变化情况，通过趋势分析能够更好地判断水位的变化趋势，预估出最大洪峰到达的时间。以前的预测方法是利用时间和流量或利用时间和水位做最小二乘法推求，所获数据缺乏连续性，导致时间间隔较大、存在漏测洪峰问题，这种情况的出现会对水害预警产生较大的影响4。目前，可以利用水文系统软件的拟合分析功能对站点的水位流量关系曲线进行分析，它是由传统单位线法演变而来的科技成果，被称为曲线拟合分析系统。该系统是将某站点的历史洪水水位及雨量数据录入系统，通过系统程序进行曲线拟合分析，拟合出以水位和时间为记录对象的精准的水位单位线，流量巡测时可利用系统采集的实时水位和雨量数据，通过拟合分析推求出各站点洪峰水位和洪峰到达的时间4。2021年78月，由于连续普降暴雨，测区多站点发生了洪水。面对可能出现的最大洪峰，巡测人员通过遥测水位系统迅速获取了各站点的实时水位，利用曲线拟合分析系统将各站点的历史洪水水位及雨量数据录入系统，再利用获取的各站点的实时水位和雨量数据进行拟合，通过拟合分析预估出各站点最高洪峰水位和最大洪峰到达的时间。据此，巡测人员迅速查看到达各站点路线里程所需的时间，根据预测出的各站点最大洪峰出现的时间顺序，确定采用单巡测和分2组巡测相结合的应急巡测方案，按照路况好、用时短的原则制定出最佳的巡测路线，抓住时机完成测区多站点的洪峰实测。从实测结果来看，高水延长幅度均不超过20%，随机不确定度则不超过10%，且测次分布合理，因此定线精度有效提高。实践证明，遥测水位系统的运用对测区洪峰流量巡测能起到关键作用，可有效提升巡测效率和水文测验质量。2.4在洪水测验指导上的运用洪水测验对测区防汛与水文巡测工作来说意义重大，既是防汛工作的重点，又关系到水文巡测成功与否。从实践上来看，运用遥测水位系统不仅可以提高洪水实测的准确度，还能在提高水文巡测质量的同时更好地完成测区的洪水预防。目前，测区的站点分布在县内主要河流处，该处位于降水量较高的区域。这些区域的洪水成因有着相似性，掌握洪水变化状态，迅速制定洪水巡测路线。具体而言，就是在洪峰出现时迅速完成洪水抢测，进而全面获知各河流站点发生洪水的状况5。通过对各河流洪水的巡测取得大量的实测数据，利用这些数据能够对各站点的洪水特性进行分析，通过分析可以获知该站点的洪水类型和出现洪水的时间及其涨落历时，为可能发生的洪水的科学预测提供可靠信息。通过对各站点的数据进行综合分析，能够制定出完整的洪水巡测预案。据此，优化巡测路线和巡测方案，则能及时准确地完成洪峰流量的巡测6。从测区实践应用方面来看，河流断面相对稳定的汛期基本站和国家基本站的水位流量关系呈单一线性关系，都可以运用遥测水位系统进行巡测，巡测获取的实测资料均能满足测区巡测的技术要求。所以，运用遥测水位系统能够为测区巡测进行科学指导。3遥测水位系统存在问题及设备管理3.1存在问题目前，利辛测区在运用遥测水位系统进行巡测江德武：遥测水位系统在利辛水文测区的运用1162023.No.4时也会有问题产生。在遥测水位数据与人工观测数据对比后发现，遥测水位数据存在缺失现象。这是因为，遥测水位系统终端机数据传输模块长期处在工作状态，功耗较大，造成站点因供电不足出现亏电报停、数据无法传送现象。目前，虽然采用大功率太阳能板充电，但是梅雨季节雨量集中、暴雨频繁，太阳能板光照不足，此时容易出现洪水，水位变化较大传输频次增加，导致系统功耗更大。因此，为防止特殊天气出现该问题，应增加人工现场充电，以保证水位数据传送不受影响。遥测水位系统设备因性能不稳导致数据跳变，会影响水文数据质量。为此，可通过采集软件自动分析剔除数据跳变奇异值，目前这一方法运用已经很成熟。从长期应用来看，需要增加系统设备的维护措施，以此提高设备性能的稳定性。为保证水位数据的及时传输，需新建4G信道。如今GPRS已经逐渐被停用，取而代之的是利用更为先进的4G传输方式，其优点是具有很高的带宽能够快速进行大流量的数据传输，如高清图片、视频、音频等文本数据信息，其优势明显高于其他通信方式。另外，巡测人员可以通过传输的视频数据查看设备现状，有效防止设备被人为破坏，提高了监测的成效。因此，采用4G传输方式可有效提高水文巡测质量。3.2设备管理在应用遥测水位系统进行巡测的同时，应加强设备管理。制定完善的设备管理制度。设备管理制度是设备正常运行管理的保证。测区依照水文巡测工作的需要，制定集中管理与监控制度，明确岗位人员职责，落实巡检值班等具体内容，促进设备管理工作走向制度化。测区管理部门应加强与水文站协作配合，强化设备系统管理，充分发挥水文站的职能。测站区城内的设备由水文站工作人员进行日常检查，发现异常及时检修，同时应加大对通信系统的维护力度，保证遥测数据正常传输。设备维护时，应详细记录本次故障的原因、处理方法和周围环境变化等影响情况，因客观原因出现的故障，应加强遥测数据查询，监控有无异常现象，及时发现及时维修。强化设备保护措施。在设备处设立警示牌，明确保护范围，加强与当地治安部门联系，防止发生不法行为，保护水文监测设备不遭受人为破坏。加大设备保护的宣传力度，巡检时与监测站点附近居民多接触多沟通，宣传水位遥测系统设备保护的重要性和所测数据对地方民生经济发展起到的作用，形成良好的保护氛围。加大水文条例的宣传力度，有效防范不法行为。加大设备巡检力度。通过巡检尽可能地减少故障发生的概率，有效延长设备的使用寿命。加大日常巡检工作是设备正常运行的保障，测区巡检人员按规章制度做好巡检工作，能够随时发现随时处理，确保水文巡测工作的正常开展。4结语通过研究发现，测区在运用遥测水位系统展开水文巡测时，不仅实现水位数据的实时传输和处理，还可以绘制水位过程线，通过对水位实时动态变化趋势及相应流量变化趋势相关因素的分析实现水情的实时预报，同时该系统的运用为测区工作提供了科学指导。因此，遥测水位系统的运用符合测区巡测的部署要求，提高了工作效率和质量。随着遥测技术的发展，遥测水位系统功能将更加完善，能为水文巡测工作提供更好的服务。参考文献1 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