汾河二库水情自动化监测系统设计与应用

摘要

本课题是在横向项目“水库环境量及参数自动化检测系统的开发”（编号：900203011704）和国家青年基金“基于超声波的海冰剖面孔隙率原位监测的机理与方法研究”（编号：41606220）的资助下针对山西省水库大坝安全监测体系中汾河二库水情自动化监测系统展开的应用研究。 我国地势情况复杂，气候条件多变，台风、干旱及洪涝等自然灾害一直是威胁人民生命财产安全的重要隐患。2011年，“十二五”水利规划将水安全提升到了国家战略，全面推进了水利基础设施的建设，并不断升华着治水理念。水情监测作为预防洪涝、干旱发生的重要手段，其监测的精准性与时效性便显得尤为重要。作为一项非工程防洪措施，开发水情自动化监测系统具有开发周期短、投资少、效益高等优势，受到了很多国家的青睐。综合考虑我国水库现存的安全问题，同时紧紧围绕 “十三五”水利规划纲要，结合我省水库大坝安全监测体系的现状，针对我省水利发展中的薄弱环节，本文设计了符合汾河二库环境条件的水情自动化监测系统，通过传感器技术、通讯技术以及计算机技术等多种技术手段的结合，完成了对汾河二库水情信息的实时采集、传输与显示，以支持库区防汛抗旱决策和优化调度管理。 汾河二库水情自动化监测系统分为硬件部分和软件部分，硬件部分主要包括遥测站采集终端、遥测终端控制核心和无线传输配置，采集终端传感器涵盖雨量、气象、水位、水温信息，控制核心选择超低功耗且功能强大的MSP4305438A型单片机，配以GPRS无线传输模块，完成遥测站到中心站的数据传输；软件部分主要包括遥测站控制程序和中心站上位机软件程序，分别从主程序设计、雨量数据采集程序、水位和水温数据采集程序、中心站软件开发平台、数据库和系统功能几个方面进行表述。系统投入使用后，取得了良好的运行成果，对采集到的水情参数数据进行分析，得到汾河二库观测周期内的降雨分布；在最优水位计的对比试验中根据统计结果选取压差式水位计作为最适宜汾河二库水位监测的传感器，并计算其日平均水位，绘制逐日水位过程线；水温数据为探究汾河二库垂向表层水温的年、季、日内变化提供了重要依据，结果表明，汾河二库垂向表层水温分布呈现出明显的季节性变化规律，符合分层型水库表温层特征，秋冬季，表层水体水温均匀分布，春夏季，水面下1-2米层存在水温突然升高的现象，气温与库面水温之间可以建立回归模型，得到良好的线性相关关系，且不同季节，气温对表层水温的影响深度不同，气温越高，水温日变幅值越大，影响深度越大。 通过近两年的运行，证明了该水情自动化监测系统具有实时性强、功耗低、数据准确、操作便捷、成本低等特点，形成了集采集、传输、处理、显示与分析于一体的水情监测系统，为水利部门及时了解汾河二库水情信息，提早做好防洪措施提供了数据支撑；同时，随着自动化系统的投入使用，大大节省了人力资源，充分发挥了其科技优势。在管理水库安全运行，提高水库防汛抗旱以及科学调度能力等方面具有基础性的作用。

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