三峽工程明渠截流中的水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)

1、三峽工程明渠截流中的水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)-水文&水資源簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)述了三峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、測(cè)控 軟件編制、安裝、比測(cè)，以及在三峽工程明渠截流中的應(yīng)用。 關(guān)鍵字： 水位監(jiān)測(cè) 自動(dòng)測(cè)報(bào) 明渠截流 三峽工程1、前言三峽工程明渠截流 的技術(shù)難度、截流力度空前巨大。作為明渠截流河段的動(dòng)態(tài)河勢(shì)監(jiān)測(cè)、 水力學(xué)要素等重要參數(shù)監(jiān)測(cè)的水文監(jiān)測(cè)工作， 水位監(jiān)測(cè)又是水文監(jiān)測(cè) 最基本、最重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一 0。水位自動(dòng)測(cè)報(bào)已在水文測(cè)報(bào)中普遍運(yùn)用，但作為三峽工程明渠截流中有著特定條件、 特殊要求的 階段性水位監(jiān)測(cè)服務(wù)的水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)， 既要求功能完善、精確可 靠，又要求操作簡(jiǎn)便、有統(tǒng)一美觀的計(jì)算機(jī)操作界面

2、，同時(shí)還要考慮 其經(jīng)濟(jì)性。因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型、軟件的編制、 設(shè)備傳感器的安裝位置與安裝方式等都成為組建系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。圖1水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站布設(shè)示意圖 2、三峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形 式設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是由三峽水情中心和多個(gè)水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站組成。根據(jù)截流的需要，共布設(shè)了 6個(gè)水位自 動(dòng)測(cè)報(bào)站、1個(gè)水情中心、2個(gè)水位信息接收站。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及水情信 息流程見(jiàn)圖2。2.2明渠截流河段水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站的布設(shè)根據(jù)系統(tǒng)功 能及設(shè)計(jì)要求，各水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站布設(shè)見(jiàn)圖1。2.3截流河段各水位自 動(dòng)測(cè)報(bào)站間的關(guān)系及主要功能為監(jiān)測(cè)截流河段各部位的水位落差，在截流河段的茅坪（一）水位站至

3、三斗坪水位站間建設(shè)了 6個(gè)自動(dòng)測(cè)報(bào) 水位站，各站的相互關(guān)系及其功能見(jiàn)表1。表1截流河段水位站相互 關(guān)系及其功能表相關(guān)水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站主要功能茅坪（一）站三斗坪站截流河段總落差監(jiān)測(cè)茅坪（一）站S10站上龍口落差監(jiān)測(cè)S10站三斗坪 站下龍口落差監(jiān)測(cè)S10站SW07站基坑橫比降監(jiān)測(cè)泄洪閘上站泄洪閘 下站分流河段落差監(jiān)測(cè)2.4系統(tǒng)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn) GBJ138-90行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范 SL61-94 長(zhǎng)江委水文局水文測(cè)、整、報(bào)質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)3、設(shè)備的選型該系統(tǒng)從原形觀測(cè)數(shù)據(jù)采樣、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸通信模式、測(cè)站及中 心的設(shè)備等都是通過(guò)精心設(shè)計(jì)和選擇，系統(tǒng)及所有設(shè)備都具有兼容

4、性、可擴(kuò)充性。3.1水位自記儀根據(jù)三峽壩區(qū)的地形及環(huán)境條件、水流條件，以及根據(jù)水位自記儀的適應(yīng)性能及便于儀器安裝、維護(hù)和遷移的特點(diǎn)，所有水位儀器設(shè)備全部選用壓阻式水位自記儀。水位計(jì)測(cè)量原理是：被測(cè)水位在固定（高程、位置）的壓力傳感器感壓 膜片上形成相應(yīng)的水壓強(qiáng)，由壓力傳感器的感壓膜片感生出相應(yīng)電 壓，經(jīng)傳感器內(nèi)部的 V/A變送器，壓力傳感器中同時(shí)測(cè)出水溫并自 動(dòng)補(bǔ)償，輸出不受水溫、大氣壓強(qiáng)等因素影響的420mA的水位模擬信號(hào)，由雙芯屏蔽電纜連接到水位儀輸入端，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)進(jìn)行去偽、除波等處理得出所測(cè)的水位。再進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、傳輸 等。工作原理框圖如圖3。圖2三峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

5、及水 情信息流程框圖水位儀主要功能：能定時(shí)自動(dòng)測(cè)量（560分鐘可設(shè)）、 自動(dòng)定時(shí)發(fā)報(bào)、固態(tài)存儲(chǔ)、顯示、鍵盤操作、時(shí)間、水位、測(cè)量間隔、 數(shù)字電臺(tái)電源控制及發(fā)報(bào)段次等參數(shù)的修改、控制中心遙控、水位查詢和傳輸?shù)取１?壓阻式水位儀主要技術(shù)指標(biāo)水位分辨力 1cm精度 等級(jí)0.2級(jí)電源電壓DC（12+12）V，低功耗傳感器12V量程020m,040m固態(tài)存儲(chǔ)容量32K適應(yīng)最大水位變率 60cm/min計(jì)時(shí)誤差 2min/month工作環(huán)境溫度-5 C50C壓力傳感器選用中美麥克傳感器有限公司和先行測(cè)控系統(tǒng)有限公司的產(chǎn)品。3.2數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線 電臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸無(wú)線電臺(tái)是測(cè)控中心與野外測(cè)站數(shù)據(jù)通訊的唯一手段，也是

6、決定系統(tǒng)功能的重要因素。本系統(tǒng)的固迪通信（GRANDCOMM ）數(shù)字電臺(tái)，是經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外多種型號(hào)的反復(fù)比較， 綜合各種因素考核后確定的。這種電臺(tái)功能較全，工作穩(wěn)定性能較好， 可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)發(fā)射（30分鐘以上），價(jià)格合理。一般情況下已經(jīng)能夠 滿足本系統(tǒng)的要求。3.3系統(tǒng)及測(cè)站電源各水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站均在施工 區(qū)，外接交流電源無(wú)保障，并且要求測(cè)站設(shè)備在野外不間斷運(yùn)行。使 用交流電源還易引入雷擊。所以本系統(tǒng)野外測(cè)站均采用80W太陽(yáng)能電源，浮充100AH 12V免維護(hù)蓄電池；中心控制站使用 100AH 12V 免維護(hù)蓄電池，交流穩(wěn)壓充電。表 3電臺(tái)主要參數(shù)表型號(hào) GD230V 電源電壓DC 13.8V發(fā)射功率

7、25W工作頻率230MHz頻段數(shù)據(jù)空間傳 輸速率1200/2400bps （選用1200bps）異步通信誤碼率優(yōu)于1X10頻 率穩(wěn)定度1.5ppm接收靈敏度-111dbs（BER10調(diào)制方式CPFSK數(shù)據(jù)收 /發(fā)方式透明方式/非透明方式（米用透明方式）功耗 Rx:100mA ; 水情中心設(shè)備中心控制站設(shè)備有數(shù)字電臺(tái)、計(jì)算機(jī)及電源等。中心控制站是由二峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中心控制軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) 水位自動(dòng)接收、數(shù)據(jù)文件自動(dòng)生成及存儲(chǔ)、水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站遠(yuǎn)程參數(shù) 修改、水位數(shù)據(jù)遙測(cè)及遙傳等功能。3.5避雷設(shè)施三峽壩區(qū)是一 多雷區(qū)，防雷問(wèn)題直接關(guān)系到測(cè)報(bào)站設(shè)備安全。 測(cè)報(bào)站防雷分為測(cè)報(bào) 站室外防雷、天線防雷、設(shè)備

8、屏蔽接地、接地網(wǎng)等。設(shè)計(jì)防雷接地網(wǎng)接地電阻W 10Q設(shè)備接地網(wǎng)接地電阻4Q測(cè)報(bào)站室外防雷，采用的避雷針引雷接地，本系統(tǒng)中避雷針?biāo)?、天線塔、太陽(yáng)能電源架做 成三合一體的塔架結(jié)構(gòu)形式，塔架與防雷接地網(wǎng)相焊接，形成良好的 等電位體，以達(dá)到防雷效果。數(shù)字電臺(tái)天線防雷，通過(guò)串接在天線饋線上的日本產(chǎn)低損耗同軸避雷器過(guò)電壓對(duì)地放電而實(shí)現(xiàn)的防雷。 設(shè)備接地是將測(cè)報(bào)站所有設(shè)備外殼均相互連接，使設(shè)備的外屏蔽形成 一等電位體，最后通過(guò)一點(diǎn)接入設(shè)備接地網(wǎng)。4、水情中心測(cè)控及數(shù) 據(jù)處理軟件在軟件的設(shè)計(jì)與編制上較大地突破了傳統(tǒng)的模式，更適合網(wǎng)絡(luò)化的信息發(fā)布，計(jì)算機(jī)化數(shù)字化的資料成果的整理、 整編及 館藏。中心軟件工作平臺(tái)

9、：Win98/Me、Win2000/XP; 桌面顯示的主菜單內(nèi)容：最新水位顯示、數(shù)據(jù)查詢、打印、顯示地圖、操 作水位計(jì)、參數(shù)設(shè)置、退出等。子菜單內(nèi)容根據(jù)測(cè)控和數(shù)據(jù)處理要求 設(shè)置。本系統(tǒng)測(cè)控軟件中（計(jì)算機(jī)上）的一個(gè)重要標(biāo)志是采用了美國(guó)衛(wèi)星拍攝的衛(wèi)星照片，本系統(tǒng)在衛(wèi)星照片中割取了三峽壩區(qū)的圖 片，長(zhǎng)江及其三峽工程的空中形象在桌面上非常直觀，一目了然，圖 片真實(shí)、美觀。各水位站、三峽水情中心標(biāo)志及名稱均在圖中標(biāo)注。 中心控制站可單獨(dú)對(duì)某一個(gè)水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站進(jìn)行操作，也可同時(shí)對(duì)所有水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站同時(shí)進(jìn)行操作。中心站同時(shí)操作全部測(cè)站時(shí)，只需 用鼠標(biāo)點(diǎn)擊水情中心站標(biāo)志，再操作彈出的對(duì)話框；中心站僅操作某 一

10、測(cè)站時(shí)，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該測(cè)站標(biāo)志，再操作彈出的對(duì)話框。操作 非常方便。當(dāng)接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)的顯示屏上會(huì)自動(dòng)彈出最新水位數(shù)據(jù)”對(duì)話框，會(huì)自動(dòng)顯示站名、時(shí)間、水位。5、水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站設(shè)備的安裝泄洪閘上、泄洪閘下水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站是三峽工程二期上下游基坑充水過(guò)程監(jiān)測(cè)、明渠截流大壩建筑物正式過(guò)水過(guò)程 監(jiān)測(cè)、大壩建筑物上游蓄水（至135m）過(guò)程監(jiān)測(cè)的多用途監(jiān)測(cè)水位站。兩站分別選址在大壩泄洪閘上右導(dǎo)墻140m平臺(tái)上游端，泄洪閘下左導(dǎo)墻下游端。由于兩測(cè)站位置的特殊性，在大壩建筑物上不 可能有較大的安裝平臺(tái)，因此儀器室選用了上海寶山鋼鐵公司輕型房 制造公司的組裝式隔熱保溫輕型鋼房，面積為m2），水位儀傳感器護(hù)套

11、管使用 80加厚鍍鋅鋼管垂直安裝在導(dǎo)流墻上，傳感器采用 柔軟彈性連接在鋼護(hù)套管上。船閘箱涵出口水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站主要功能是監(jiān)測(cè)船閘充水下泄對(duì)大江水位的影響程度。明渠截流中作為補(bǔ)充站使用，用于監(jiān)測(cè)和校核壩下水位。茅坪（一）水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站，組裝式臨時(shí)儀器室，壓阻式傳感器用 50mm的鍍鋅鋼管及鋼架固定在水下，傳輸電纜水下部分用鋼管作護(hù)套，水上部分用PVC管作護(hù)套管。天線、太陽(yáng)能電源板等架設(shè)在儀器室房頂。S10水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站為設(shè)置在壩下縱向圍堰上，不便建儀器室。設(shè)計(jì)為天線桿、 太陽(yáng)能架一體式簡(jiǎn)易臨時(shí)儀器箱。三斗坪水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站為磚混結(jié)構(gòu)永久性儀器室，壓阻式傳感器及傳輸電纜線通過(guò)固定在護(hù)坡上的100mm的

12、鍍鋅鋼管保護(hù)并安裝。6、自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)水位資料的比測(cè) 三峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)各水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站在明渠截流期間根據(jù)截流 的進(jìn)展要求，設(shè)置自動(dòng)測(cè)報(bào)的段次，11月4日22:00之前為每間隔1 小時(shí)自動(dòng)測(cè)報(bào)一次，11月4日22:005日08:00,每間隔30分鐘自動(dòng)測(cè)報(bào)一次，11月6日07: 0010:00為龍口合攏期，間隔10 分鐘自動(dòng)測(cè)報(bào)一次。三峽水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中的泄洪閘上、泄洪閘下水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站建站運(yùn)行較早，已編寫了兩個(gè)站的比測(cè)報(bào)告，誤差W 士 2cm勺保證率為100%,系統(tǒng)誤 差為-0.053cm,標(biāo)準(zhǔn)偏差為 1.44,95%置信水平、綜合不確定度為2.8 8。在導(dǎo)流明渠截流期間，對(duì) 所有水位自動(dòng)

13、測(cè)報(bào)站均進(jìn)行了多次比測(cè)。茅坪（一）、三斗坪、泄洪 閘上、船閘箱涵出口等水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站依據(jù)本站水尺，人工觀測(cè)水位進(jìn)行比測(cè)，S10、SW07、泄洪閘下用Trimble全站儀，采用無(wú)人立尺方 式接測(cè)水位進(jìn)行同步比測(cè)。比測(cè)資料見(jiàn)表4。比測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，所有測(cè)站的儀器測(cè)量數(shù)據(jù)誤差全部在規(guī)范規(guī)定范圍以內(nèi)。表4三峽工程明渠截流水位自動(dòng)測(cè)報(bào)站水位比測(cè)統(tǒng)計(jì)表站名時(shí) 間水 位（m）差 值備注（M-D-H）人工觀測(cè)儀器測(cè)量（cm）SW0710-07-1166.38 66.380Trimble 全 站儀比 測(cè) 10-21-1566.20 66.22-2S1010-07-1166.39 66.39010-15-1066.5

14、4 66.54010-20-1866.31 66.31010-29-1066.5166.510 泄洪閘下 10-07-1566.39 66.39010-26-1666.50 66.500泄洪閘上 10-17-1266.54 66.56-2 水尺三斗坪 10-16-0866.38 66.37110-18-0866.47 66.48-110-22-0866.33 66.35-210-28-0866.3966.38111-02-0866.29 66.29011-06-0866.40 66.400 茅坪（一）10-11- 7、結(jié)論本系統(tǒng)在功能、測(cè)量精度、界面的美 觀性、設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性等各個(gè)方面，較三峽工程大江截流時(shí)更 為完善。系統(tǒng)在方案設(shè)計(jì)、測(cè)站布設(shè)、設(shè)備選型、測(cè)控及數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)、設(shè)備的安裝形式及基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)與實(shí)施、 資料成果