[摘要] 水利信息化建设，就是充分利用现代科学技术，开发利用水利信息资源，对水利信息进行采集、传输、存储、处理和利用，提高水利信息资源的应用水平，从而全面提高水利信息化工程建设和水事处理的效率和效能。 该文分析了泉州山美水库水文自动测报系统的配置及运行情况，并提出进一步完善的建议。
[关键词] 水文自动测报 通讯技术 信息化
1 概述
水文自动测报系统是一种采集雨量、水位等水情信息的实时系统。它应用计算机和网络、无线通信、遥测、通信数字等现代信息技术，完成对江河流域降水量、水位等数据的自动实时采集、报送和处理。它能将某一区域内的水情信息在短时间内传递至决策机构，以便进行洪水预报和优化调度，进而减少洪水损失、提高洪水资源的利用率。
水文自动测报系统一般由中心站、中继站（根据通信件设置）和遥测站组成。遥测站主要完成对水情参数传感器数据的采集、存储并通过超短波，或卫星、或有线电话、或无线电话等信道向中心站（或中继站）传送数据，一般安装在野外，由遥测终端机、天线、馈线、避雷器、无线电发射机（电台或卫星终端）、太阳能电源板、蓄电池、流量传感器、水位传感器、外筒等组成。遥测站可选装人工置数仪和长期固态存储器。遥测站采用定时和增量自报方式向中心发送数据。水文自动测报系统的中心站用来接收遥测站（或经中继站转发）传送来的数据，并可对数据进行存储、处理、显示和分析，通过数据库和应用软件实现防汛调度需求，一般设在防汛调度中心。中心站由接收天线、馈线、避雷器、无线接收机（电台）、解码器、工业控制计算机（或PC）组成。
泉州市山美水库是福建省水利厅管辖库容最大的大（２）型水库，是一座集防洪、供水、灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。30多年来，山美水库为泉州经济社会的发展做出重要贡献，被誉为“泉州人民的生命库”和“泉州的生态调节器”。一方面，水库调度在枯水期每天向下游供水200～400万m3，保证400万人口生活生产和65万亩农田灌溉的用水需求，为保障泉州经济社会的可持续发展提供水资源支撑；另一方面，水库承担防洪调度重要任务，调洪库容2.24亿m3，汛期蓄水削峰错峰，保护下游200多万人的生命财产安全。山美水库水文自动测报系统的建立，很大程度提高了水库管理技术水平。管理部门可以及时获得上游流域降水量数据，实时掌握水位变化信息，为充分利用雨洪资源和水库防洪调度提供科学依据，减少下游洪涝灾害。
2 水情自动测报系统通信网
水情自动测报常采用超短波组网、短波组网、卫星组网、PSTN组网、GSM组网或上述方式混合组网等多种方式。
本系统采用超短波和GSM混合组网的方案。在一级中继能满足要求的情况下优先采用超短波无线信道组网。在GSM能覆盖的山美水库中心站区域采用GSM作为备份信道。
2.1 水情自动测报系统超短波通信网
超短波通信是水情自动测报系统应用最广泛、最成功的一种遥测通信方式。它的传输质量介于短波和微波通讯之间，既克服了微波通信的地域局限性，质量又比短波通信稳定、可靠。本系统选用了230MHz频段（国家无线电管理委员会为防汛批复专用）频率之一。
2.2 山美水库中心站备用信道GSM短信息网
GSM短信息通信组网方式需要利用电信部门的GSM移动通信网，电信部门的GSM移动通信网覆盖面已很广，给水情自动测报系统建设的组网提供了一种新的方案。
水文站点一般都分布在偏远地区，GSM不能完全覆盖，存在盲区；GSM短信息通信属于排队通讯方式，短信息容易受信息拥挤而延时和丢失。因此，本水情测报系统只在山美水库中心站采用GSM通道，将编码的水情信息发送至预设的手机号码，使相关责任人及领导及时掌握库区信息。
2.3 水情信息采集方式
2.3.1 雨量采集方式。雨量采集采用翻斗式雨量观测设备，精度为0.5mm，当雨量达到1mm时，自动向接收方发送数据。采集降雨强度可达4mm/最小，误差≤±3%。工作时，降水进入环口控制面积，由集水器汇拢后，通过进水漏斗进入翻斗；当计量到一定水量时，翻斗翻转，翻斗上的磁石吸合或释放翻斗旁的干簧管，产生一个通断信号，该信号进入终端机进行累加计算，以数字代码形式发射。采用双信号输出方式。
2.3.2 水位采集方式。水位观测设备优先采用水位测井和浮子式水位计。无水位测井的可因地适宜地采用压力式、超声波、激光等水位计。当水位升降1cm时，自动向接收方发送数据。
2.3.3 蒸发量采集方式。遥测蒸发站采用自动补水装置和蒸发皿。自动补水装置定时向蒸发皿加水，并将数据定时发送。
3 水情自动测报系统工作方式
水文测报系统选用自报式、应答式、混合式和自报通话式工作体制，几种工作方式的工作过程及特点如下：
3.1 自报式。在遥测站设备控制下采用随机自报和定时自报相结合。随机自报：每当被测的水文参数发生一个规定的增减量变化时（如雨量增加1mm或水位涨落1cm，且与上次发送数据时间间隔大于规定的值，即自动向分中心发送一次数据）；定时自报：每隔一定时间间隔，不管参数有无变化，即采集和报送一次数据，分中心的数据接收设备始终处于值守状态。
自报工作方式是在遥测站雨量、水位等参数发生一个计算单位的变化时实时将实测值传送到中心站，其遥测站通信机可使用发射板。这种工作方式功耗低，便于蓄电池供电，结构简单，可靠性高，实时性强，能很好地反映降雨和水位等变化的全过程，但中心站、中继站与遥测站之间不可以通话，不便于现场安装与维护。
3.2 应答式。由分中心自动定时巡测或随机召测遥测站，遥测站响应分中心的查询，实时采集水文数据并发送给中心。定时自动巡测的时间间隔，可根据数据处理和预报作业的需要，选择固定时间段向中心站发送信息。
应答式遥测站自身能对水文、气象等参数发生的变化自动采集和存储，但不主动传送给中心站。只有当中心站发出查询命令时，才将当前水文或气象参数传送给中心站，因为要接收中心站的查询命令，所以遥测站必须配置整机电台，且遥测站接收机处于长期守候状态，因此功耗大。但中心站的控制性能好，中心站、中继站、遥测站之间可以相互通话。
3.3 混合式。由自报式和查询―应答式两种工作制式的遥测站组成的系统为混合式系统。
自报／应答兼容工作方式具有自报、应答两种工作方式的特点，既能很好地反映降雨水位等变化的全过程，又能响应中心站的查询，中心站、中继站、遥测站之间可以相互通话。
3.4 自报通话式。它的工作过程与自报方式相同，但其遥测站通信机使用整机电台，在需要时由测站主动与中心站、中继站、遥测站之间互相通话。
4 遥测系统组成
遥测系统由中心站、中继站和遥测站组成。
根据山美水库的实际情况，本系统设置站点23个。其中中心站2个、水位雨量站3个、雨量站13个、水位站4个、蒸发站2个、中继站2个。雨量站用于监测水库流域内降雨情况。中继站转发信息至中心站。水位雨量站用于监测支流入库水位和降雨情况。坝上水位主要采集的是库水位。尾水水位站主要监测水库向下游供水时尾水的水位变化。水面蒸发站主要监测水库库面的蒸发量，以便于更加准确的统计水库进出水平衡。
通过上述的各个测点布设，全流域降雨情况、水位变化情况及库区蒸发情况得到有效监测。
4.1 中心站组成
中心站由通信设备、调制解调控制设备、前后台计算机、水情测报网络版软件、水情服务器、远程通信GSM Modem等组成（见图1）。主要用于信息的接收、预处理。能随时接收系统内水情遥测站发送数据，并能检错、纠错、分类、存储建立数据库和形成水文统计报表，同时具有检索、查询等功能。
[关键词] 水文自动测报 通讯技术 信息化
1 概述
水文自动测报系统是一种采集雨量、水位等水情信息的实时系统。它应用计算机和网络、无线通信、遥测、通信数字等现代信息技术，完成对江河流域降水量、水位等数据的自动实时采集、报送和处理。它能将某一区域内的水情信息在短时间内传递至决策机构，以便进行洪水预报和优化调度，进而减少洪水损失、提高洪水资源的利用率。
水文自动测报系统一般由中心站、中继站（根据通信件设置）和遥测站组成。遥测站主要完成对水情参数传感器数据的采集、存储并通过超短波，或卫星、或有线电话、或无线电话等信道向中心站（或中继站）传送数据，一般安装在野外，由遥测终端机、天线、馈线、避雷器、无线电发射机（电台或卫星终端）、太阳能电源板、蓄电池、流量传感器、水位传感器、外筒等组成。遥测站可选装人工置数仪和长期固态存储器。遥测站采用定时和增量自报方式向中心发送数据。水文自动测报系统的中心站用来接收遥测站（或经中继站转发）传送来的数据，并可对数据进行存储、处理、显示和分析，通过数据库和应用软件实现防汛调度需求，一般设在防汛调度中心。中心站由接收天线、馈线、避雷器、无线接收机（电台）、解码器、工业控制计算机（或PC）组成。
泉州市山美水库是福建省水利厅管辖库容最大的大（２）型水库，是一座集防洪、供水、灌溉、发电等综合利用的大型水利枢纽工程。30多年来，山美水库为泉州经济社会的发展做出重要贡献，被誉为“泉州人民的生命库”和“泉州的生态调节器”。一方面，水库调度在枯水期每天向下游供水200～400万m3，保证400万人口生活生产和65万亩农田灌溉的用水需求，为保障泉州经济社会的可持续发展提供水资源支撑；另一方面，水库承担防洪调度重要任务，调洪库容2.24亿m3，汛期蓄水削峰错峰，保护下游200多万人的生命财产安全。山美水库水文自动测报系统的建立，很大程度提高了水库管理技术水平。管理部门可以及时获得上游流域降水量数据，实时掌握水位变化信息，为充分利用雨洪资源和水库防洪调度提供科学依据，减少下游洪涝灾害。
2 水情自动测报系统通信网
水情自动测报常采用超短波组网、短波组网、卫星组网、PSTN组网、GSM组网或上述方式混合组网等多种方式。
本系统采用超短波和GSM混合组网的方案。在一级中继能满足要求的情况下优先采用超短波无线信道组网。在GSM能覆盖的山美水库中心站区域采用GSM作为备份信道。
2.1 水情自动测报系统超短波通信网
超短波通信是水情自动测报系统应用最广泛、最成功的一种遥测通信方式。它的传输质量介于短波和微波通讯之间，既克服了微波通信的地域局限性，质量又比短波通信稳定、可靠。本系统选用了230MHz频段（国家无线电管理委员会为防汛批复专用）频率之一。
2.2 山美水库中心站备用信道GSM短信息网
GSM短信息通信组网方式需要利用电信部门的GSM移动通信网，电信部门的GSM移动通信网覆盖面已很广，给水情自动测报系统建设的组网提供了一种新的方案。
水文站点一般都分布在偏远地区，GSM不能完全覆盖，存在盲区；GSM短信息通信属于排队通讯方式，短信息容易受信息拥挤而延时和丢失。因此，本水情测报系统只在山美水库中心站采用GSM通道，将编码的水情信息发送至预设的手机号码，使相关责任人及领导及时掌握库区信息。
2.3 水情信息采集方式
2.3.1 雨量采集方式。雨量采集采用翻斗式雨量观测设备，精度为0.5mm，当雨量达到1mm时，自动向接收方发送数据。采集降雨强度可达4mm/最小，误差≤±3%。工作时，降水进入环口控制面积，由集水器汇拢后，通过进水漏斗进入翻斗；当计量到一定水量时，翻斗翻转，翻斗上的磁石吸合或释放翻斗旁的干簧管，产生一个通断信号，该信号进入终端机进行累加计算，以数字代码形式发射。采用双信号输出方式。
2.3.2 水位采集方式。水位观测设备优先采用水位测井和浮子式水位计。无水位测井的可因地适宜地采用压力式、超声波、激光等水位计。当水位升降1cm时，自动向接收方发送数据。
2.3.3 蒸发量采集方式。遥测蒸发站采用自动补水装置和蒸发皿。自动补水装置定时向蒸发皿加水，并将数据定时发送。
3 水情自动测报系统工作方式
水文测报系统选用自报式、应答式、混合式和自报通话式工作体制，几种工作方式的工作过程及特点如下：
3.1 自报式。在遥测站设备控制下采用随机自报和定时自报相结合。随机自报：每当被测的水文参数发生一个规定的增减量变化时（如雨量增加1mm或水位涨落1cm，且与上次发送数据时间间隔大于规定的值，即自动向分中心发送一次数据）；定时自报：每隔一定时间间隔，不管参数有无变化，即采集和报送一次数据，分中心的数据接收设备始终处于值守状态。
自报工作方式是在遥测站雨量、水位等参数发生一个计算单位的变化时实时将实测值传送到中心站，其遥测站通信机可使用发射板。这种工作方式功耗低，便于蓄电池供电，结构简单，可靠性高，实时性强，能很好地反映降雨和水位等变化的全过程，但中心站、中继站与遥测站之间不可以通话，不便于现场安装与维护。
3.2 应答式。由分中心自动定时巡测或随机召测遥测站，遥测站响应分中心的查询，实时采集水文数据并发送给中心。定时自动巡测的时间间隔，可根据数据处理和预报作业的需要，选择固定时间段向中心站发送信息。
应答式遥测站自身能对水文、气象等参数发生的变化自动采集和存储，但不主动传送给中心站。只有当中心站发出查询命令时，才将当前水文或气象参数传送给中心站，因为要接收中心站的查询命令，所以遥测站必须配置整机电台，且遥测站接收机处于长期守候状态，因此功耗大。但中心站的控制性能好，中心站、中继站、遥测站之间可以相互通话。
3.3 混合式。由自报式和查询―应答式两种工作制式的遥测站组成的系统为混合式系统。
自报／应答兼容工作方式具有自报、应答两种工作方式的特点，既能很好地反映降雨水位等变化的全过程，又能响应中心站的查询，中心站、中继站、遥测站之间可以相互通话。
3.4 自报通话式。它的工作过程与自报方式相同，但其遥测站通信机使用整机电台，在需要时由测站主动与中心站、中继站、遥测站之间互相通话。
4 遥测系统组成
遥测系统由中心站、中继站和遥测站组成。
根据山美水库的实际情况，本系统设置站点23个。其中中心站2个、水位雨量站3个、雨量站13个、水位站4个、蒸发站2个、中继站2个。雨量站用于监测水库流域内降雨情况。中继站转发信息至中心站。水位雨量站用于监测支流入库水位和降雨情况。坝上水位主要采集的是库水位。尾水水位站主要监测水库向下游供水时尾水的水位变化。水面蒸发站主要监测水库库面的蒸发量，以便于更加准确的统计水库进出水平衡。
通过上述的各个测点布设，全流域降雨情况、水位变化情况及库区蒸发情况得到有效监测。
4.1 中心站组成
中心站由通信设备、调制解调控制设备、前后台计算机、水情测报网络版软件、水情服务器、远程通信GSM Modem等组成（见图1）。主要用于信息的接收、预处理。能随时接收系统内水情遥测站发送数据，并能检错、纠错、分类、存储建立数据库和形成水文统计报表，同时具有检索、查询等功能。
4.2 中继站组成
中继站由中继站终端设备（RTU）、天馈线、超短波无线电台、无线调制解调器等组成（见图2）。中继站主要用于自动转发各遥测站水文数据。接受中心指令，执行工作切换动作的应答，定时发送自检信息。
4.3 遥测站组成
遥测站由遥测终端、传感器、电台、同轴避雷器、天馈线和电源等组成（以水位站结构为例），其结构如图3所示。遥测站主要用于根据水文参数变化或设定的时间间隔要求，自动实时采集、存贮、累积和发报水文数据。具有定时自检发送自身工作状态信息的功能。
5 存在问题与解决措施
中继站由中继站终端设备（RTU）、天馈线、超短波无线电台、无线调制解调器等组成（见图2）。中继站主要用于自动转发各遥测站水文数据。接受中心指令，执行工作切换动作的应答，定时发送自检信息。
4.3 遥测站组成
遥测站由遥测终端、传感器、电台、同轴避雷器、天馈线和电源等组成（以水位站结构为例），其结构如图3所示。遥测站主要用于根据水文参数变化或设定的时间间隔要求，自动实时采集、存贮、累积和发报水文数据。具有定时自检发送自身工作状态信息的功能。
5 存在问题与解决措施
5.1 水文遥测站点一般都分布在偏远地区，需多级中继转接，因而容易造成信号衰减出现漏报现象。因此必须加强对各个站点信号传送的监测，及时采用人工干预，确保水文数据完整。尽量把中继站设置少于三级，在汛期或特殊季节采用每30分钟对采集数据检测一次的方法及时启动查询应答来补充数据。
5.2 水情测报系统的无线电通信网中，对于任一分中心所接受的水情信息的载波频率是相同的，各测报站发送数据的时间是随机的，因此会产生网内同频干扰(又称碰撞) 。特别是在大暴雨的情况下，同频干扰现象更加严重。
同频干扰的概率与以下三个参量有关：①遥测站每次上报数据所占用信道的时间t，该参数与信息量大小及发报速率有关；②同一遥测站相邻两次发报最小时间间隔T，该参数与最大降雨强度有关，即为最大暴雨时，1mm降雨量所需的最短时间；③通过中继站转发的遥测站数N。
为了避免或减少碰撞次数，可以采取如下一些措施：①尽可能缩短发送数据的时间。②限制相邻两次数据发送的最小间隔时间。③大型的水情自动测报系统可以采取遥测站在不同频率发送数据，中继站双机异频接收，同频发射。④合理设置同网内的遥测站点数量（20个以下可对干扰率忽略不计）。
5.3 水情测报系统是专用于汛期的一种信息采集装置,它更多工作于雷雨交加的季节，各站的通信设备容易受雷电及雷电引起的地电位升高、地线系统干扰、地电位不平衡、同一工作高频与低频、强电与弱电之间电磁交错等因素的影响而不能正常工作。为解决这一问题，可采用单一接地系统。建立以公共接地母线为基准的标准地电位（零电位点）点，全站用一个接地系统（阻抗一般小于1Ω）。
6 结语
水情自动测报系统在防汛调度方面所起的巨大作用日益受到重视，水库水情自动测报系统建设正在全面开展。但由于受到水库管理技术力量、遥测站点数量及布设、通信状况等因素的影响，水库水情自动测报系统难以充分发挥应有的作用。对此，必须进一步提高认识，加强人才培养，强化内部整合和系统的后续开发利用，加强水库水情自动测报系统的建设与管理工作。
5.2 水情测报系统的无线电通信网中，对于任一分中心所接受的水情信息的载波频率是相同的，各测报站发送数据的时间是随机的，因此会产生网内同频干扰(又称碰撞) 。特别是在大暴雨的情况下，同频干扰现象更加严重。
同频干扰的概率与以下三个参量有关：①遥测站每次上报数据所占用信道的时间t，该参数与信息量大小及发报速率有关；②同一遥测站相邻两次发报最小时间间隔T，该参数与最大降雨强度有关，即为最大暴雨时，1mm降雨量所需的最短时间；③通过中继站转发的遥测站数N。
为了避免或减少碰撞次数，可以采取如下一些措施：①尽可能缩短发送数据的时间。②限制相邻两次数据发送的最小间隔时间。③大型的水情自动测报系统可以采取遥测站在不同频率发送数据，中继站双机异频接收，同频发射。④合理设置同网内的遥测站点数量（20个以下可对干扰率忽略不计）。
5.3 水情测报系统是专用于汛期的一种信息采集装置,它更多工作于雷雨交加的季节，各站的通信设备容易受雷电及雷电引起的地电位升高、地线系统干扰、地电位不平衡、同一工作高频与低频、强电与弱电之间电磁交错等因素的影响而不能正常工作。为解决这一问题，可采用单一接地系统。建立以公共接地母线为基准的标准地电位（零电位点）点，全站用一个接地系统（阻抗一般小于1Ω）。
6 结语
水情自动测报系统在防汛调度方面所起的巨大作用日益受到重视，水库水情自动测报系统建设正在全面开展。但由于受到水库管理技术力量、遥测站点数量及布设、通信状况等因素的影响，水库水情自动测报系统难以充分发挥应有的作用。对此，必须进一步提高认识，加强人才培养，强化内部整合和系统的后续开发利用，加强水库水情自动测报系统的建设与管理工作。
