水文自动测报系统设计当中应注意的几个问题

　　[摘要］水文自动测报系统是涉及水文、遥测、通信、计算机和网络等学科的一门先进技术，是实现水文现代化的重要手段。结合作者及同仁多年来的实际设计和建设经验，对水文自动测报系统设计中的系统建设必要性分析、站网布设论证、通信方式选择、设备配置和水文预报方案几个方面需要注意的问题进行了总结和论述。

　　［关键词］水文自动测报设计注意问题

　　1 概述

　　水文自动测报系统是利用遥测、通信、计算机和网络等先进技术，完成流域或测区内水文、气象、汛情、工情等参数的实时采集、传输和处理，为工程防洪、兴利、优化调度提供服务的自动化系统［1］。

　　水文自动测报系统一般由遥测站、中心站两部分组成，根据所选用的通信方式不同，一些系统还建设有分中心站或中继站。

　　建设水文自动测报系统的目的，最基本的是实现所需参数的采集，其次是对采集参数的处理及水情预报和调度。

　　2 水文自动测报系统设计当中应注意的几个问题

　　2.1 系统建设的必要性分析

　　《水文自动测报系统规范》（SL61—94）［2］，第1.0.5条规定“新建水利、水电工程需要建设的水文自动测报系统，应作为工程规划设计的组成部分，并将系统的建设纳入工程建设一并实施”。这就涉及对水文自动测报系统的建设必要性进行分析论证的问题。

　　系统建设的必要性论证是对水情自动测报系统有无必要建设提供支持依据的，因此应进行全面考虑，深入分析，阐明水情自动测报系统对工程的建设和运行管理的作用。具体，应根据工程任务，在分析设计流域暴雨洪水特性和流域内现有水文站网状况的基础上，从防洪、兴利、运行调度的需要以及综合自动化要求等方面进行论证。

　　不同工程有不同的开发任务，测报系统的设计对工程的服务项目和服务侧重也不同，因此应区别对待。如防洪工程测报系统的建设，可及时掌握区域水雨情信息，为洪水预报、防洪调度决策提供依据；水力发电工程测报系统的建设，可在汛期根据洪水预报进行科学调度，增加发电效益；灌溉和供水工程测报系统的建设，可实时监测来水、供水量，为水量分配、计量提供科学依据。具体涉及某项工程的水文自动测报系统建设必要性分析时，应综合考虑测报系统对工程的建设和运行管理所能发挥的作用进行分析，务求全面且科学合理。

　　但根据多年的实践和教训，并不是所有的水利水电工程都必须建立水情自动测报系统。这就涉及建设必要性与工程实际情况及工程经济支付能力的权衡问题。如我国西北、西南一些偏远地区、高海拔、高严寒地区，荒无人烟，一般工程区上游交通条件、通信条件差，测报系统的建设实施非常困难；即使测报系统建立起来，其后的运行维护又非常困难，遥测站无人看管，设备往往被盗或被破坏。而且通信方式一般只能选择卫星通信，运行费用也较高。这就应该根据工程的实际情况及工程的经济支付能力等各方面条件来考虑测报系统的建设必要性问题。另外，一些流域的水文自动测报系统，如果流域积水面积太小，预见期很短，仅仅几个小时，这样的流域就应考虑建设自动测报系统是否能达到应用目的，或是在自动测报系统的实现形式和功能上进行特别设计。

　　因此，在水文自动测报系统设计当中，应根据流域及工程特点，认真分析系统建设的必要性，经过全面科学的分析后，如确有必要建设，再进行规划设计；如建设必要性不大，且工程实际情况及经济支付能力较差时，可考虑不建或缓建。

　　2.2 站网布设论证

　　合理拟定遥测站网是水情自动测报系统的重要内容，不仅关系到系统建设的规模和投资，而且关系到洪水预报、防洪调度及系统的运行和维护。因此，站网布设应遵循科学合理、经济可行，管理方便的原则，使拟定的遥测站网密度恰当，分布合理，采集到的实时水情信息具有很好的代表性［3］。

　　遥测站网中，遥测雨量站网的布设和论证是一个复杂的过程，每个流域由于降雨特性、下垫面条件及采用的预报模型不同，布设和论证方法也不同。在实际设计当中，应根据工程特点、结合流域雨洪特性和预报目的选定合适的预报模型，结合现有站网条件，优化遥测雨量站网的布设，其目的是使收集的雨量信息计算的面雨量接近面雨量真值。具体可分为以面雨量精度作为目标函数和以流量精度作为目标函数两类论证方法［3］。

　　遥测雨量站网布设中要特别注意是，根据工程特点选定的预报模型对遥测站网的布设有着非常重要的影响。比如，若预报断面和上游断面的区间降雨对河道增水作用不大，测报系统中选用河系预报模型时，则测报系统可不借助遥测雨量信息，因此可以不布设遥测雨量站。而若水文自动测报系统多需应用降雨径流模型，则需根据选定的预报模型特点，合理布设雨量站网。

　　2.3 通讯方式选择

　　目前，水文自动测报系统常用的通信方式主要有超短波通信、卫星通信、GSM通信和PSTN通信等。各种通信方式各

　　有优缺点。如超短波通信具有设备简单、投资少、可靠性高、运行维护费用低等优点，同时具有超短波中继站交通、建站、维护困难（实地查勘）的缺点。而卫星通信，GPRS/GSM系统具有工程建设期短，便于系统运行维护等优点，但卫星通信后期的运行维护成本较高，而GPRS/GSM通信对于移动信号不能够覆盖测报系统的站点时则无能为力。

　　在实际工程中，水文自动测报系统的通信方案的设计，应根据测报系统范围内的实际特点和通信条件，在保证通信质量的前提下，对比选的方案从技术经济、运行维护、可靠性等方面进行综合比较，选取最适合本测报系统的通信方案。

　　2.4 设备配置

　　水文自动测报系统所需设备包括遥测站（中继站）设备和中心站设备。遥测站设备主要包括各类遥测数据（降水、水位等）传感器、遥测终端机、通信设备、供电设备、避雷设备等，根据需要还可选配人工置数仪和固态存储器；中心站设备主要包括通信控制机、计算机、电源、计算机网络、避雷设备等，若系统功能要求高，可增加服务器、大屏幕投影仪、卫星云图接收机等。若测报系统采用超短波通信方式需要建设中继站时还需为中继站配置通信设备、供电设备等。

　　水文自动测报系统所需仪器、设备种类较多，各类设备也有国内外、高低端不同产品可供选择，因此，设备选择的范围较广，余地较大。在实际设计中，需注意的问题是，应当遵循“选择成熟的、最适合本系统的产品和便于安排维修措施”的原则，来安排测报系统的设备选择。尤其是中心站计算机等设备，更新换代非常快，不能一味追求最新产品。对于大屏幕投影仪等一些高端设备的配置与否应根据对系统功能服务的要求来决定。

　　总之，系统设备配置的“先进性”是以满足系统功能要求、适合系统为目标的，而不是以设备最新和最贵为目标。

　　2.5 水文预报方案

　　水文预报功能属于水文自动测报系统的高级应用范畴。不同的水文自动测报系统，应根据测报系统所覆盖范围的流域特性、降雨径流特性、流域资料支持度等配置合适的、成熟的预报方案。

　　若预报对象为大江大河的某断面水位或流量，而测报系统覆盖范围内的区间加水对预报断面影响不大时，可选取河系预报模型；而若预报对象上游的降雨产流对预报要素影响较大时，则需考虑选用降雨径流模型。

　　此外，在水文模型的选取中，应根据本系统覆盖范围的流域特性、降雨径流特性选取适合本流域的、应用成熟的模型。某些模型，如分布式水文模型，由于所需的资料要求较高，并且在目前应用不够成熟，应结合测报系统的实际情况，客观考虑。

　　3 结束语

　　水文自动测报系统涉及水文、遥测、通信、计算机等诸多学科。本文结合作者及同仁多年来的实际设计和建设经验，对水文自动测报系统设计中的系统建设必要性分析、站网布设论证、通信方式选择、设备配置和水文预报方案几个方面需要注意的问题进行了总结和论述，以求能对读者有所裨益。

　　参考文献

　　［1］张建云，唐镇松，姚永熙.水文自动测报系统应用技术［M］. 北京：中国水利水电出版社，2005.

　　［2］水利部水利信息中心，SL61-2003，水文自动测报系统技术规范［S］.北京：中国水利水电出版社，2003.

　　［3］水利部水利水电规划设计总院，中水东北勘测设计研究有限责任公司.水利水电工程水文自动测报系统设计手册［M］. 北京：中国水利水电出版社，2008.