（水利工程专业论文）嫩江右侧主要支流水情自动测报系统.pdf

摘要 论文在综述了国内夕 水情自动测报技术发展现状的基础上，对嫩江右侧流域 的自然地理特性、暴雨洪水特性、水利工程运用等问题进行了详细调查和分析， 根据所研究流域的特点，并结合实际防汛工作的要求，确定了系统的站网布设、 洪水预报、通信组网方案，睨确了建设管理体制和运行维护管理任务。 嫩江右侧主要支流是嫩江干流洪水的主要来源，暴雨径流量大，汇流速度快， 但由于水文测站密度远远低于流域平均水平和国家规定的标准，很难掌握流域水 雨情变化情况，不能满足防汛需要。系统覆盖范围为嫩江干流尼尔基以下至三岔 河口区间及右侧主要支流诺敏河、黄蒿沟、阿佗河、音河、雅鲁河、绰尔河、洮 儿河、霍林河流域。在嫩江干流和主要支流，依据防洪对象的重要性和水文测站 情况，选取了9 个防洪预报控制断面，并拟定了洪水预报配置方案。经过站网论 证，拟定了系统规模，即：系统中心1 个省级中心站3 个，系统分中心站8 个， 遥测站2 8 4 个。在遥测站中，新建1 9 8 个，和冯已建系统测站8 6 个。基本确定了 系统通信组网方案和系统工作体制。提出了系统运行管理方式，初步落实了系统 运行维护费用。对该项目建议书中的遥测站网进行实地电路测试和分析论证，在 工作中发现项目建议书阶段拟定的站网存在着不尽合理之处，论文作者进一步调 整、优化，适当减少人迷罕至、交通不便、安装维护困难地区的泌站；适当减少 电路不畅、通信困难的测站：调整后的遥测站网基本合理，达到了优化要求。由 于嫩江右侧主要支流水情自动测报系统的大部分测站位于大兴安岭山区和原始森 林地带，建设和运行环境恶劣，建设投资应明显高于其他地区；经过站网调整， 降低了建筑工程费、设备购置等费用，建议嫩江右侧主要支流水情自动测报系统 静态总投资由原来的6 0 9 5 万元调整为5 6 4 0 万元。 论文更为突出的是考虑到了嫩江流域现有的3 个测报系统和正在建设中的4 个测报系统的不同特点，并把他们作为自己的分系统包含在整个网络之中，这需 要把具有不同传输体制、不同型号的设备、不同的数据库结构的测报系统完全兼 容起来，统一到同一个大系统之中。 关键词：嫩江，主要支流，水情，测报系统 1 v a b s t r a c t t h ec u r r e n tt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n ts t a t u so fh y d r o l o g i c a ld a t aa u t o m a t i cc o l l e c t i o na n d t r a n s m i s s i o ni nc h i n aa n do t h e rc o u n t r i e sw a ss u m m a r i z e di nt h i sp a p e r o nab a s i so f t h i s t h en a t u r a lg e o g r a p h i cf e a t ur e s ，r a i n s t o r ma n df l o o dc h a r a c t e r i s t i ca n dw a t e r p r o j e c t so p e r a t i o ns t a t u sw e r ei n v e s t i g a t e da n da n a l y z e di nd e t a i l s s t a t i o nn e t w o r k a r r a n g e m e n t f l o o df o r e c a s t i n ga n dc o m m u n i c a t i o n sg r o u pn e t w o r ks c h e m e so ft h i s s y s t e mw e r ed e t e r m i n e di nc o m b i n a t i o nw i t hr i v e rb a s i nf e a t u r e sa n dp r a c t i c a lf l o o d c o n t r o lr e q u i r e m e n t st h ec o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n do p e r a t i o na n d m a i n t e n a n c et a s k sw e r ei d e n t i f i e d t h ef l o o d so ft h em a i ns t r e a mo fn o nr i v e rg e n e r a t em a i n l yf r o mi t sr i g h tt r i b u t a r i e st h e a m o u n to fr a i n s t o r ma n dr u n o f fa r eq u i t el a r g e t h es p e e do fc o n f l u xi sh i g h h o w e v e r t h ec h a n g e so fr a i n s t o r ma n df l o o dc o n d i t i o n sa r ed i f f i c u l tt ob ep r e d o m i n a t e db e c a u s e t h ed e n s i t yo fh y d r o l o g i c a lo b s e r v a t i o ns t a t i o nn e t w o r ki sm u c hl o w e rt h a nt h en a t i o n a s t a n d a r da n da v e r a g el e v e lo ft h eb a s i n s oi tc a n n o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so ff l o o d c o n t r o lt h es y s t e mc o v e r st h ea r e af r o mn i e r j it os a n c h a h eo ft h em a i ns t r e a mo fn e n r i v e r a n di t sr i g h tm a i nt r i b u t a r i e sb a s i n s ，i n c l u d i n gn u o m i nr i v e r , h u a n g h a or i v e r a l u nr i v e r , y i nr i v e r y a l ur i v e r , c h a o e rr i v e r ，- r a 0 1 e rr i v e r ，h u o l i nr i v e rt h e9f l o o d f o r e c a s t i n gs e c t i o n so nt h em a i n s t r e a ma n dm a i nt r i b u t a r i e so fn o nr i v e rw e r es e l e c t e d a c c o r d i n gt ot h ei m p o r t a n c eo ff l o o dc o n t r o lo b j e c t sa n dc o n d i t i o no fh y d r o l o g i c a l o b s e r v a t i o ns t a t i o n s t h ef l o o df o r e c a s t i n gs c h e m e sw e r ec a r r i e do u t t h es c a l eo ft h i s s y s t e mw a sd e t e r m i n e da f t e rt h eh y dr o l o g i c a lo b s e r v a t i o ns t a t i o nn e t w o r kw a sr e a s o n e d t h es y s t e mi n c l u d e so n es y s t e mc e n t e r ，3p r o v i n c i a lc e n t e r s ，8s y s t e ms u b c e n t e r s ，2 8 4 r e m o t es e n s i n gs t a t i o n s ，w h i c hc o n s i s t so f19 8 n e w l yc o n s t r u c t e da n d8 6u p d a t e d r e m o t es e n s i n gs t a t i o n s t h es y s t e mc o m m u n i c a t i o n sg r o u pn e t w o r ks c h e m ea n d v o p e r a t i n gs y s t e mw e r eb a s i c a l l yd e t e r m i n e d t h es y s t e ma d m i n i s t r a t i o nm o d ew a sp u t f o r w a r d t h es y s t e mo p e r a t i n ga n dm a i n t e n a n c ec o s tw a sp u ti n t oe f f e c t t h ec i r c u i t so f r e m o t es e n s i n gs t a t i o nn e t w o r ki nt h ep r o j e c tp r o p o s a lw e r et e s t e da n dr e a s o n e d i tw a s f o u n do u tt h a tt h es t a t i o nn e t w o r ki nt h ep l a n n e dp h a s eo ft h ep r o p o s a lw a s u n r e a s o n a b l ei ns o m ew a yt h e r e f o r et h ea u t h o ro ft h i sp a p e ra d j u s t e da n do p t i m i z e d s o m eo b s e r v a t i o ns t a t i o n s w h i c ha r el o c a t e di nr e m o t ea r e aw h e r et r a f f i ca r e i n c o n v e n i e n ta n de q u i p m e n ta r ed i f f i c u l tt oi n s t a l la n dm a i n t a i nt h es t a t i o n s i nw h i c h c i r c u i t sa r eo b s t r u c t e da n dc o m m u n i c a t i o n sa r ed i f f i c u l tt og e tt h r o u g h ，a r er e d u c e d p r o p e r l y t h ea d j u s t e dr e m o t es e n s i n gs t a t i o nn e t w o r ki sr e a s o n a b l ea n dc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n to fo p t i m i z a t i o n t h em o s ts t a t i o n si nt h ea u t o m a t i cs y s t e mo fh y d r o l o g i c a l d a t ac o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o no nt h er i g h tm a i nt r i b u t a r i e so fn e nr i v e ra r el o c a t e di n t h em o u n t a i n o u sa r e ao fd a x i n g a n l i n ga n dp r i m o r d i a lf o r e s t t h e r e f o r et h ec o n s t r u c t i o n a n do p e r a t i o ne n v i r o n m e n ti sv e r ya t r o c i o u s t h ei n v e s t m e n tw i l lb eh i g h e rt h a ni no t h e r r e g i o n s t h ec o n s t r u c t i o na n de q u i p m e n tp u r c h a s ec o s tw a sr e d u c e da f t e rt h es t a t i o n n e t w o r ka d j u s t m e n t i tw a ss u g g e s t e dt h a tt h et o t a ls t a t i ci n v e s t m e n to ft h ea u t o m a t i c s y s t e mo fh y d r o l o g i c a la d a p tc o l l e c t i o na n dt r a n s m i s s i o no nt h er i g h tm a i nt r i b u t a r i e so f n e nr i v e rw a sa d j u s t e df r o m6 09 5m i l l i o ni n t o5 6 4m i l l i o ny u a nr m b t h ed i f f e r e n tf e a t u r e so f3e x i s t e ds y s t e m sa n d4s y s t e m su n d e rc o n s t r u c t i o nw e r et a k e n i n t oa c c o u n ti nt h i sp a p e r t h e s es y s t e m sw e r ei n c l u d e di n t ot h ee n t ir en e t w o r ka sa s u b s y s t e m ，t h e r e f o r e ，i tr e q u e s t st h a tt h es y s t e m sw i t hd i f f e r e n tt r a n s m i s s i o ns y s t e m s ， d i f f e r e n tt y p ee q u i p m e n t ，a n dd i f f e r e n td a t a b a s es t r u c t ur e sm u s tb ec o m p a t i b l ea n db e i n t e g r a t e di n t oo r ee n t i r es y s t e m k e yw o r d s ：t h en e nr i v e r m a i nt r i b u t a r i e s ，h y d r o l o g i c a li n f o r m a t i o n ，d a t ac o l l e c t i o na n d t r a n s m i s s i o ns y s t e m v i j l - - 一 刖吾 我国是洪涝灾害频繁发生韵国家，随着国民经济的快速发展，洪水灾害给人 们造成的损失也日趋严重，国家和社会也越来越重视防汛抗洪工作。水情自动测 报系统建设作为一项非常重要的防洪非工程措施，对整个防汛抗洪工作的成败起 着至关重要的作用。 嫩江是松花江北源，发源于大兴安岭伊勒呼里山，由北向南流经黑龙江省、 吉林省、内蒙古自治区的七市( 盟) ，在吉林省松原市三岔河附近与第二松花江汇 合进入松花江干流。河流全长1 3 7 0 公里，流域面积2 9 7 万平方公里。嫩江流域 水系呈不对称型发育，主要支流均位于右岸，流域面积大于l 万平方公里的一级 支流有8 条，其中右岸有6 条，依次为甘河、诺敏河、雅鲁河、绰尔河、f j e j t , 河、 霍林河；左岸有2 条，依次为讷谟尔河、乌裕尔河。 嫩江右侧大部分地区地处大兴安岭山脉东坡，地势高，干支流上游多为原始 森林，中下游地区建有大中城镇。由于历史原因，开发较晚，流域内原有测站稀 少，勉强满足原有干流防洪控制断面的需要。随着经济、交通的不断发展，嫩江 右侧各一级支流，甚至有些二级支流上不断兴建大中城镇，随即防洪标准也相应 提高，原有的站网很难满足各干、支流上的防洪控制断面的需要。从嫩江流域的 近期发展规划和嫩江流域暴雨洪水特性的分析来看，右侧中游地区仅在小支流黄 篙沟和音河上建有太平湖水库和音河水库，对洪水的调节作用较小，在诺敏河、 雅鲁河、绰尔河等主要一级支流上没有任何拦蓄洪水工程；建国5 0 年来，在松花 江流域发生的洪水情况来看，嫩江上游及右侧支流是松花江流域暴雨的多发区域， 也是嫩江、松花江洪水的主要来源，目前，嫩江流域水文测站十分稀少，很难控 制住流域水雨情变化，致使在1 9 9 8 年特大洪水期间出现了水雨情失控现象，给防 汛抢险造成了很大困难。为了全面控制流域水雨情变化，提高流域水文测报水平， i 加强这一地区的水雨情测报工作对整个松花江流域的防汛工作具有重要意义。论 文作者结合生产实际需要，选择“嫩江右侧主要支流水情自动测报系统”作为硕 士学位论文题目，对相关的站网布设、洪水预报、通信组网、建设管理体制、运 行维护等问题进行了深入的研究。 论文研究成果的创新及特色之处在于该系统的设计考虑到了嫩江流域现有的 3 个测报系统和正在建设中的4 个测报系统的不同特点，并把他们作为自己的分系 统完全兼容起来，包含在整个网络之中。该系统的地域范围涉及到内蒙、吉林、 黑龙江三省，管理任务相当艰巨，协调工作难度较大，所以在管理体制和系统维 护费用方面也做了大量细致的工作。 i i 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 隆纽。釜 2 0 0 5 年1 月2 9e t 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘 版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容 相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部 分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：血必2 0 0 5 年1 月2 9 曰 第一章绪论 1 1 研究的目的意义 我国是一个多洪水灾害的国家，大小洪水连年不断。1 9 5 4 年长江中下游武汉地 区大洪水，1 9 5 8 年黄河下游及1 9 6 3 年和1 9 7 5 年在海河和淮河上游地区相继发生的特大 洪水都造成了巨大的损失。1 9 8 9 年辽河大水和1 9 9 1 年华东大水也都带来了重大的灾 害。1 9 9 8 年长江及松花江、嫩江流域发生的大面积特大洪水造成了历史上罕见的水灾 这除了因植被及天然蓄洪湖泊遭到严重的破坏，现有土建防洪工程尚不足以抗衡特大 暴雨洪峰外，报汛不及时，水情不明也是导致灾情加重的重要原因。在1 9 9 8 年的特大 洪水中，长江流域水情自动测报系统对洪水预报和防洪调度发挥了巨大作用。而嫩江 流域由于缺少测报系统，对上游来水的判断缺乏科学实时的依据，因而造成了许多不必 要的经济损失。 建设水情自动测报系统是一项投资少、工期短而又十分有效的非工程性的防洪措 施，己为世界各国所普遍采用。 水情自动测报系统是采用现代科技对水文信息进行实时遥测、传送和处理的专门 技术，是有效解决江河流域及水库洪水预报、防洪调度及水资源合理利用的先进手段。 它综合水文、电子、电信、传感器和计算机等多学科的有关最新成果，用于水文测量和 计算，提高了水情测报速度和洪水预报精度，改变了以往仅靠人工测量水情数据的落后 状况，扩大了水情测报范围，对江河流域、水库安全度汛和电厂经济运行及水资源合 理利用等方面都发挥了重大作用。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 起步阶段 我国水文自动测报系统建设始于上世纪7 0 年代中期。在起步摸索阶段，大体参照 工业巡回检测系统的模式，采用步句结构传输雨量、水位数据，一般都为查询应答 式体制，对测站采用双音频选呼技术，数据传输多使用振幅调制，分路滤波和积分判 决擞据传输速率比较低，一般为5 0 1 0 0 波特在传感器方面，适应自动测量雨量的翻 斗式雨量计技术较为成熟，而浮子式水位计和轴编码器尚处于研制阶段，技术性还有些 不成熟的地方。限于当时国内元器件和遥测设备制造水平，早期所建系统通畅率偏低， 数据传输中误码率问题比较突出，因而，这些系统离实际应用要求有相当大的距离。 随着国民经济的发展和防洪及水利调度的需求，水利部水文局于1 9 8 0 年在杭州召 开了大型会议，动员各方面的力量，对水情数据自动采集、数据传输和联机洪水预报 等重要课题进行研究开发。在遥测方面，确定了以实现小流域水文自动测报为目标的 若干课题研究，设计开发以c m o s 低功耗技术为特点的遥测站设备，研制水文无线数 据传输的调制解调器，争取水文专用频点和电台；在水文传感器方面，研究提高轴编 码器的精度和可靠性：在传输方面，强调重视电路设计和测试。并在试点工程和示范 工程进行的同时，水利部水调中心组织各方面专家，在充分调研的基础上，经过3 年 的努力，制定了水文自动测报系统规范，对我国水文自动测报系统建设起了指导作 用。 在总结经验的基础上，根据防汛工作的迫切要求，水利部水调中心“八五”公关项 目中，组织了淮委正阳关阻上千流水文自动测报系统的建设，黄委的洛河系统同步进 行。经过多方单位和有关专家的努力，终于使系统投入了试运行，并在1 9 9 1 年华东地 区特大洪水中发挥了重要作用。应该说，淮河系统的建成，标志着我国水文自动测报 技术开始走向成熟。 1 2 2 现状及发展 进入2 0 世纪9 0 年代以来，国产设备技术性能有了重大改进，除功能得到改善外， 最明显的标志是其m t b f 已达到或超过一年的时限，大部分系统通畅率达到9 5 以上， 满足了实用化的要求。 在这期间，我国还由国外引进设备建成了几大系统，都属于查询一应答制式，其 制造工艺明显优于国产设备，但运行情况则优劣相差甚远，有的系统运行相当稳定可 靠，有的却很不理想，甚至最终被淘汰。纠其原因也十分复杂，从总体来看，近l o 年引进的系统，除设备制造工艺优良外，功能比较完善，通用性强，遥测设备既可用 于终端站也可用于中继站，易于扩展，组网灵活，中心站软件功能也较丰富，视窗界 面良好，较符合网络环境使用要求。但是国外引进设备大都比较复杂，有的本身就是 工业上普遍使用的s c a d a 系统，技术性能十分完善，随之也带来了昂贵的价格，系 统的复杂，功耗较大等问题。 9 8 洪水之后，对现 亍水文自动测报系统的建设提出了更高的要求，那些已建成 的一个个孤立的系统，所带来的是信息不能共享，因而也很大程度地限制了其效益的 发挥。国家防汛指挥系统的建设，将形成全国水情信息网络，必将更有效地发挥各种 水文自动测报系统的作用。随着网络的发展，水利部信息中心又将出台新制定的测报 系统规范，该规范要求，为保证采集的数据传输可靠，系统应设计主备信道，因此， r t u 必须具备2 个或更多的串行信道接口；终端站要配备固态存储器，其存储容量应 大体满足存储一年的水情数据：遥测站及中继站应具备完善的功能，增强传感器接口 能力，便于扩展，改进抗雷电干扰能力，各类站点设备设计仍应坚持低功耗原则；终 端站应能按照系统设计的要求，以规定时段或水情数据变化幅度按自报式体制或查询 一应答式体制传输数据，并应利用软件设计智能化的加报功能，遥测设备应能接受上 级中心的查询，遥测系统中心或分中心要按照局域网规模设计等等。 由于我国通信事业的跨越式发展，给水文自动测报系统的建设和网络化带来了许 多有利的条件和各种选择的余地，尤其是水文数据的共享性要求，使得水文自动测报 系统需要统一的技术标准和接口模块的通用性。嫩江右侧主要支流水情自动测报系统 是目前国内规模最大的一个测报系统，它包含了2 0 0 多个终端站，控制流域面积多达 1 1 4 万平方公里。系统的整体设计还要考虑到把现已建成的多个系统整合到一起，是 一项内容复杂的庞大的工程。 1 3 论文研究的内容 目前在各地防汛抗旱指挥系统一期工程的建设中，按照国家防汛抗旱指挥系统 总体设计的要求，全国形成了一个比较完整、快速的防汛抗旱信息传输网络。即地 区以下采用水文自动测报系统江水文信息传送到分中心或者地区，地区以上采用广域 网将信息传送到省、流域，最终汇接到中央。由于水文自动测报系统能够在十几分钟、 3 甚至几分钟内，快速采集传输防汛水情信息，这将大大提高了洪水预报的预见期，使 得各级防汛部门的洪水调度、防汛决策更有主动权。 在过去较长的一段时间内，由于水文自动测报系统的信息是不全，二是这些信 息不能进行资料整编，所以水文自动测报信息智能为防汛服务。水文部门还要进行水 文监测、整编等传统工作。我国许多水文测站的一个测井中有几个水位计的现象屡见 不鲜、司空见惯。其根源就是水文部门已经在测井中建立了自己的水位井，而防汛部 门或者水管部门又增加一个。更有甚者，地方防汛部门设了一个水位计，省防汛部门 或者流域机构因为某些项目又增设，重负建设造成了这样的情况。这除了缺乏统一规 划之外，水文自动测报系统的资料难以进行水文资料整编这一技术上的问题也是起着 至关重要的影响。由于目前采用了固态存储技术，比较好的解决了报汛和资料整编之 间“两张皮”的问题。 发展水文自动测报系统是水文测报的方向，是无可非议的，尤其是近十年，水情 自动测报技术在我国发展很快，以超短波遥测系统为代表的国产设备，已经经受了几 十年的实践考验，性能稳定，m t b f 一般大于5 年，其他技术指标多达或者超过标准， 特别是中继技术，在起步阶段由音频中继为主，发展到现阶段普遍采用的再生中继后， 系统的畅通率有明显的提高，然而不得不指出的是，由于水清自动测报是一项高科技 技术复杂的系统工程，加上野外自然条件恶劣、缺乏运行管理经验等因素，其中也存 在很多问题。其体表现如下： ( 1 ) 系统的分散性强，各自管理建设各自的系统，没有将各系统的信息统一起来 进行共享，是其发挥更大的作用。 ( 2 ) 在以往的系统功能设计时多以洪水预报为最终结果，而就水利水电工程面言， 水调和电调结果更为重要，且应将水电调结果通过梯调网或其他方式传输给上级部门。 ( 3 ) 对于人烟稀少的流域，特别是高山中继站不可能有入看管，往往是人为或者 其他破坏严重的地区。 ( 4 ) 传感器仍显单一，现阶段要测水位传感器仍以浮子式水位计为主，需要建设 水位测井。其他的压力传感器、超声波水位计等精度不高，另外雨雪量计、温度传感 器、流量传感器等多须从国外进口。 此外，水文测报系统建设费用是很大的，根据水利部水文局1 9 9 9 年出版的全国 水文测报系统建设评价一书中的数据：从1 9 7 9 年4 月到1 9 9 9 年4 月，全国已建和 在建的水文测报系统达4 8 2 处，有8 4 3 个中心站、1 4 6 0 个水文站、1 1 9 7 个水位站和 4 6 1 2 个雨量站组成，总投资达6 1 8 亿元。其中属于水利管理系统的有3 9 4 处，占7 1 8 ； 属于水文系统的有5 0 处，占1 0 4 ；属于电力系统的有8 6 处，占1 7 8 ；在2 0 0 0 年 国家防汛抗旱指挥系统工程建设项目办安排建设了2 0 个水情示范区，中央和地方投资 为7 4 6 5 万元( 中央投资4 3 8 4 万元，地方配套资金为3 0 8 l 万元，平均一个系统3 7 0 多万元) 。同期国家防办在全国进行1 0 0 座水库自动化建设项目中又有相当一部分是水 文自动测报系统的建设，总投资也是几千万。而从2 0 0 3 年开始国家防汛抗旱指挥系统 工程项目办又要在近三年时间内，在全国范围内完成覆盖1 1 个省的水文自动测报系统 的建设，中央和地方总投资多达3 到4 个亿。如此巨大的投资，没有相当的实力是难 以办到的，这对于一些经济发达地区可能问题不大，但对于经济欠发达地区在经费落 实上就会很困难。另外当系统建成后，其运行费用也是很大的，据预测，一个系统的 运行费要占到建设费用的3 - 5 ，系统建设期间是中央和地方共同投资，系统建成后 其维护经费往往是由地方来承担，特别是对于一些经济欠发达的省份，系统运行费是 在系统建设中一直存在而又不愿意谈起的问题。嫩江右侧主要支流水情自动测报系统 的设计过程中就涉及到这样的问题，比如内蒙古自治区、吉林省等在全国来说都是经 济欠发达地区，在运行维护费的问题上，我们做了大量的设计之外的工作，当然结果 是令人满意的，这在本论文的建设管理章节中可以看到具体实施方案的论述。 卫星数据资源匮乏也是困扰测报系统发展的一个重要因素，在测报系统的传输通 道选择方面，要考虑地形、传输通道资源等许多因素，当然选择的原则是以可靠、方 便、价廉为前提，而本论文嫩江右侧主要支流水情自动测报系统所涉及的大兴安 岭地区，可以说是通信的盲区，由于人烟稀少，网通、联通等大公司考虑到经济效益， 很少在那里建设基站，没有手机和电话的信道传输。我们在那里近2 个月的实地信道 设计测试过程中，使用的一直是海事卫星电话。因此，在系统传输通道的设计中，我 一5 一 们大多数水文测站都选择了海事卫星的传输方式，当然采用海事卫星作为传输通道存 在早晚8 点报数据通道拥挤这一瓶颈问题，为了避免这一现象的发生，目前许多系统 的卫星传输通道都选择了北斗星，这只是卫星通道的选择，并不影响整体设。 1 4 嫩江右侧主要支流水1 青自动测报系统建设的必要性 嫩江右侧大部分地区地处大兴安岭山脉东坡，地势高，干支流上游多为原始森林， 中下游地区建有大中城镇。由于历史原因，开发较晚，流域内原有测站稀少，勉强满 足原有干流防洪控制断面的需要。随着经济、交通的不断发展，嫩江右侧各级支流， 甚至有些二级支流上不断兴建大中城镇，随即防洪标准也相应提高，原有的站网很难 满足各千、支流上的防洪控制断面的需要。 从嫩江流域的近期发展规划看，即将开工兴建的嫩江干流尼尔基水利枢纽工程可 以控制嫩江上游干支流的洪水；尼尔基以下，左侧支流讷谟尔河上有正在兴建的控制 工程山口水电站，而右侧中游地区，仅在小支流黄篙沟和音河上建有太平湖水库和音 河水库，对洪水的调节作用较小；在诺敏河、雅鲁河、绰尔河等主要级支流上没有 任何拦蓄洪水工程。 从嫩江流域暴雨洪水特性的分析来看，洪水一般是由多个天气系统长历时降雨而 形成，暴雨区多为嫩江上游和右侧支流流域。建国5 0 年来，在松花江流域发生的1 9 5 5 、 1 9 5 7 、1 9 6 9 、1 9 8 8 、1 9 9 5 、1 9 9 8 年多次大洪水中，1 9 5 5 、1 9 5 7 、1 9 6 9 、1 9 8 8 、1 9 9 8 年洪水均是由嫩江洪水引发，其中1 9 5 5 、1 9 8 8 年洪水为嫩江上游型洪水，洪水主要来 源于嫩江上游；1 9 6 9 、1 9 9 8 年洪水为嫩江仝流域型洪水，洪水主要来源于嫩江中下游 右侧支流。从已发生洪水情况来看，嫩江上游及右侧支流是松花江流域暴雨的多发区 域，也是嫩江、松花江洪水的主要来源，加强这一地区的水雨情测报工作对整个松花 江流域的防汛工作具有重要意义。 目前，嫩江流域水文测站十分稀少，且分布不均，多数测站分布在嫩江左岸及右 侧支流的下游区，流域雨量站网密度为1 6 9 7 平方公里站。嫩江上游及右侧支流的水 文站网密度更远远低于全流域平均水平，其中嫩江上游尼尔基以上雨量站网密度为 2 4 5 9 平方公里站，诺敏河流域为5 1 9 3 平方公里站，雅鲁河流域为1 6 3 7 平方公里站， 绰尔河流域为3 4 8 7 平方公里站，如此稀少的水文测站，很难控制住流域水雨情变化， 致使在1 9 9 8 年特大洪水期间出现了水雨情失控现象，给防汛抢险造成了很大困难。为 了全面控制流域水雨情变化，提高流域水文测报水平，为防汛抗洪提供可靠的科学依 据，必须尽快建设嫩江上游及右侧主要支流水情自动测报系统。 嫩江流域右侧地区地处大兴安岭东麓，行政区划属于内蒙古自治区。由于该区域 人烟较少，社会经济发展水平较低，不具备增加水文测报站网的经济能力：由于受行 政区划的限制，下游省不可能到上游布站采集信息。因此，由国家投资统一建设嫩江 右侧主要支流水情自动测报系统，解决该区域水雨情信息采集传输问题，是行之有效 的办法。 由于嫩江流域水雨情信息在整个松花江流域防汛中的重要位置，水利部领导和下 游有关省十分重视嫩江流域的水雨情信息采集和传输问题，多次敦促松辽委抓紧嫩江 流域尤其是嫩江右侧主要支流水情自动 9 1 l i 报系统的建设。在今年四月份国务院办公厅 批转的关于嫩江、松花江近期防洪建设若干意见( 国办发 2 0 0 0 】1 3 号文) 中也特别 强调：“水文是防洪规划和防汛的基础。松花江流域现有雨量、水位、水文站点少，设 施落后，且缺乏统一管理，与实际需要很不适应。水利部松辽水利委员会应商有关省 区作出全面规划，重点是对现有测站进行更新改造，同时适当增加测站，提高水文测 报水平”。在2 0 0 0 年8 月水利部主持召开的贯彻落实国务院( 关于加强嫩江松花江 近期防洪建设的若干意见) 工作会议纪要中明确要求：嫩江右侧主要支流水情自动 测报系统前期工作由松辽委会同有关省( 自治区) 水利厅组织，水利部审查，项目建 设由松辽委组织实施。 综合上述分析，由国家投资统一建设嫩江右侧主要支流水情自动测报系统，解决 该区域水雨情信息采集传输问题，是十分必要的。 7 第二章系统的调研与思考 为了解和吸取国内水文自动测报系统建设的经验和教训，更好地完成嫩 江右侧主要支流水情自动测报系统的设计、建设和运行管理任务，松辽委水文局组织 嫩江右侧主要支流水情自动测报系统项目组的有关人员对国内水文自动测报系统 进行了专项考察调研活动。考察组分别对水利部水文局、北京船舶通信导航公司、北 斗星公司、北京市水利自动化研究所、水利部黄河水利委员会水文局、水利部黄河水 利委员会通信管理局、小浪底水利枢纽工程管理局、水利部太潮流域管理局、河海大 学水文水资源及环境工程学院、南京水利水文自动化研究所、福建省防汛抗旱办公室、 福建省水文水资源勘测局、水利部珠江水利委员会水文局、广东省水文水资源勘测局、 广西柳州水文水资源局等1 5 个单位进行了认真的考察、调研、咨询和学习，实地考察 了小浪底、黄河三花区间、太湖流域、飞来峡等国内著名的水情自动测报系统以及福 建省、广西柳州市等防汛预警预报系统。 2 1 遥测站网布设 国内较大的遥测系统如福建省、广西柳州的防汛预警预报系统、广东飞来峡及黄 河小浪底的自动测报系统的站网密度进行了全面的比较。福建省的防汛预警预报系统 是比较典型的自动测报系统，它覆盖了全省8 2 的面积，其流域特点是坡降大、雨量 丰、汇水快，站网密度在3 0 0 平方公里站左右。飞来峡( 库容1 9 亿) 的自动测报系统， 其流域特点是坡降大、雨量丰、汇水快( 汇水时间小于3 8 小时) ；广西柳州市的自动 测报系统，其流域特点是坡降大、雨量丰、汇水快，其上游有麻石水库，主要是为柳 州市城市防洪服务，虽然平均站网密度6 7 8 平方公里站，但是在洪水传播时间较短和 流域内的暴雨集中区站网密度为3 2 2 平方公里站。小浪底的自动测报系统，其流域特 点是源短流急、洪水涨势猛、洪峰高、预见期短( 2 小时) ，虽有水库3 9 座，总库 容达0 3 4 4 亿立方米，所拦区间径流深仅6 毫米。( 见下表) 各遥测系统站网密度比较 水文自动测报系统 流域面积站数站网密度 【闽江( 一期) 3 3 38 63 8 7 闽江( 二期) 2 3 08 42 7 4 九龙江1 4 73 83 8 7 晋江 o 8 25 81 4 6 汀江 1 2 04 9 2 4 5 赛江o 6 33 21 9 7 木兰溪 o 2 02 3 8 7 省防办1 福建( 合计)9 9 53 7 l ( 3 0 6 ) 2 6 8 ( 3 2 5 ) 广东飞来峡 4 6 67 2 6 4 7 广西柳州市4 5 46 76 7 8 小浪底0 5 74 41 3 0 嫩江右侧主要支流水文自动测报系统项目所覆盖的流域面积约为n ，4 万平 方公里，该项目依据站网布设原则、流域特点、暴雨区分布，结合城市防洪、预报方 案的配置以及流域内已建和待建工程等情况，平均站网密度为4 2 2 平方公里站，经 过仔细比较，笔者认为这一站网密度是适宜的。 2 2 洪水预报 建设水情自动测报系统的目的是采用现代测验及通信手段采集并传输雨、水情信 息，为流域防洪及调度决策服务，因此，在整个系统的建设工作中洪水预报系统的设 计与开发是非常重要的，它是整个系统发挥作用的最终体现，预报方案是否能适应流 域洪水特性、预报精度是否能满足要求是整个系统建设成败的关键所在。 此次国内调研中发现，在松辽流域常规预报不能放弃，应继续开展和研究( 例如 p + p a 等方法精度很好) 。在模型方面，三水源新安江模型还是比较适应松辽流域的特 性，可以进一步研究。对每一个预报断面应采用两种或两种以上的预报方案，以便进 行对比分析。此外，对于预报软件的开发，主张开发预报软件要以组件式开发，即把 各功能的计算模块做成类似控件一样的组件，将各组件的输入和输出固定化，在进行 整个系统开发时，只需将各组件拼装即可，并且由于组件的工作量较小，便于修改和 移值，可以一劳永逸。目前以“马斯京根法为基础进行实施校正的预报模型，在我国 - - 9 - - 大部分地区已进行广泛应用，该模型的预报精度比较高。就嫩右系统提出的预报方法 是采用三水源新安江模型以及卡尔漫滤波来进行实施校正。 从此次国内调研的结果来看，在国内各单位所采用的预报方法大多数是经验相关 预报，而对于模型预报大多数单位都没有进行更深入的研究和应用，但随着科技的进 步和研究的深入，模型预报毕竟是将来洪水预报发展的主流，在嫩右系统建设中，我 们应该研究出适应嫩江流域特性的洪水预报模型，这将对整个系统的运行起了决定性 的作用，此外，在整个系统的建设过程中，对各类应用软件的开发应给予足够的重视。 这些软件是维持整个系统正常运行的神经中枢。 2 3 通信组网和设备选型 这次水情自动测报系统考察，与测报集成单位和测报使用单位进行了座谈，并详 细了了解了系统运行情况与管理模式，对各种测报系统的设备的可靠性、实用性作了 对比，尤其与测报用户单位就建设水情自动测报系统的经验、体会和教训进行了详细 的交流，对如何建设嫩江右侧水情自动测报系统有了更深的认识。 ( 1 ) 整个系统应采用二级网络结构，松辽委与三省( 区) 水文水资源局及相关地 区水文水资源局以及察尔森、太平湖、音河和尼尔基之间为一级网络，组建计算机广 域网，在各地建设水利部“v s a t ”p e s s 0 0 0 型卫星数据站，以卫星数据通道作为联网 主用传输通道，在各地申请x 2 5 端口，利用邮电分组交换网做联网备用传输通道。实 现水情数据上传及共享。 ( 2 ) 二级网络组网可采取两种方式，第一种全部采用海事卫星组网，由于海辜 卫星设备可靠性较高，故障率极低，可大大减少维护工作量，可较大的提高系统的可 靠性，特别适合于嫩江右侧的环境及交通极为不便，难于维护的场合，缺点是增加了 建设投资和系统运行费，但可节省大量的人力和物理及维护经费。第二种是采用海事 卫星和超短波混合组网，为给系统建成后的维护管理创造条件，整个系统按行政区划 来划分为几个分系统，内蒙呼伦贝尔盟和兴安盟境内的站点多布设在偏僻地区，交通 和环境很差，可维护性较差，这两个地区组网应以海事卫星为主，以超短波为辅，尽 量采用卫星方式。其余地区采用超短波和海事卫星混合组网方式，但是为了保证系统 一】o 一 数据传输的可靠性，超短波中继应限制在一缴，在超短波中继所辖的站点较多时，应 在中继站增加海事卫星设备，采用互为备用的两种传输手段，以提高信道的可靠性。 ( 3 ) 目前用于水情自动测报系统的卫星设备主要有两种，一种是海事卫星数据站， 另一种是“盖达”公司的以色列产卫星数据站设备，海事卫星设备和天线都比较小， 设备耗电低，加电启动时间很短，易采用太阳能板浮充蓄电池的供电方式，而且太阳 能板和蓄电池的容量较小，天线是全向天线，不需要对星。盖达卫星数据站使用亚洲 二号通信卫星第7 个转发器，工作频段是k u 波段，由于嫩江流域地处高纬度地区，接 收到的卫星信号较小，因此所需的卫星数据站天线较大，一般是2 4 米，该设备功耗 较大，如果采用直流供电，所需的太阳能板和蓄电池容量较大，而且，该卫星数据站 重新加电时间较长，在利用盖达卫星做中继站，设备最好常加电，采用交流供电方式。 所以卫星设备宜采用海事卫星设备。 2 4 系统运行及管理 通过此次考察，我们认为在系统设计、建设、运行管理中应注意以下问题： ( 1 ) 前期设计工作一定要充实，不能急