朝陽市水文遙測站點故障分析及日常維護

周 穎，李 昊

(1.綏中縣水利建筑工程公司，遼寧 綏中 125200；2.遼寧省朝陽水文局，遼寧 朝陽 122000)

1 概 述

朝陽市位于遼寧省西部，屬于低山丘陵地區，地形復雜，整個地勢自西北向東南呈階梯狀遞降，朝陽市受東南部海洋暖濕空氣和北部蒙古高原的干燥冷空氣影響，主要氣候特征四季分明、日照充足，積溫高、降水少[1]。隨著水文遙測設備在水文工作中的投入使用，遼寧省朝陽水文局管理的水文遙測設備逐步取代了絕大部分人工觀測，成為雨情及旱情監測、暴雨等災難天氣預測預報以及為防汛抗旱制定策略提供重要依據的主要途徑。朝陽水文局目前管理遙測雨量站313處，其中有310處雨量站測量精度分辨力為0.5 mm，3處測量精度分辨力為0.1 mm；管理遙測水位站32處，其中一處為氣泡水位站，其余為雷達水位站。

2 水文遙測設備的組成

朝陽市水文遙測設備的各組成部分可簡要總結為：數據采集系統、數據處理系統、數據傳輸系統和設備供電系統，其結構框架圖如圖1所示，當遙測設備監測到雨量或水位變化時，各個系統之間互相配合發揮作用，將監測得到的數值發送到服務器，完成一次測報任務。在實際工作中發現，由于遙測設備常放置于空曠的室外地區，常年受到各種惡劣條件影響，很容易出現故障，給水文數據收集工作帶來困難[2]。

圖1 遙測設備系統框架結構圖

3 故障分析

3.1 雨量計故障

朝陽水文局使用的雨量計分兩種：分辨力為0.5 mm的翻斗式雨量計和分辨力為0.1 mm的融雪型雨雪量計，翻斗式雨量計結構如圖2，當一次累計雨量值達到0.5 mm時，翻斗翻轉一次，磁鋼通過干簧管產生一次電路通斷，經過RTU遙測終端處理將雨量值轉換成電信號，通過DTU發送至中心服務器，完成一次雨量測報任務；融雪型雨雪量計結構如圖3，雨水降落至桶內后由桶底部的電子秤稱出重量后換算成降雨量傳輸至遙測終端。雨雪量計每分鐘測量一次，存儲在雨雪量計內，遙測終端每6min向雨雪量計發送一次命令，由雨雪量計把最近的測量值傳送給遙測終端。

1底盤；2調平螺絲；3漏斗；4翻斗；5微調銅柱；6水平氣泡；7軸承；8磁鋼；9干簧管；10匯集漏斗；11不銹鋼外筒；12承雨器圖2 翻斗式雨量計結構圖

1不銹鋼外筒；2稱重桶；3高精度電子秤圖3 融雪型雨雪量計結構圖

在日常工作維護過程中發現，雨量計發生故障容易導致以下問題：

1)雨量計不計數或少計數。出現數據明顯偏小的情況時，應對雨量計進行如下檢查，并做相應解決辦法：

a.檢查承雨器的濾網、漏斗、滴嘴是否被雜物堵塞，若發現存在該問題，則需用毛刷和清水洗刷承雨器相關部件。

b.檢查留在雨量筒里的數據線是否過長，雨量線過長容易卡住翻斗，使其翻不動造成雨量信號丟失，若發現此問題，將數據線剪短重接或將數據線打幾個結以縮短長度。

c.檢查雨量計接線架上的數據線完整性，如接頭是否接觸不良、數據線是否有破損斷開的地方，若存在此問題，需重接數據線或直接更換完整的數據線。

d.檢查翻斗部件底部是否水平，若不水平會導致進入兩個翻斗的水量不均，導致雨量偏小，當出現這種問題時，需重新調平翻斗底座。

e.在雨量計接線架正負極接入萬用表筆，撥動翻斗使干簧管通過磁鋼檢查是否出現消磁，若萬用表無反應則說明磁鋼消磁，需啟用另外一邊的磁鋼或直接更換干簧管。

2)雨量計多計數。出現雨量計在無雨時雨量自動增加、或雨量明顯偏大的情況時，應對雨量計進行如下檢查，并做相應解決辦法：

a.打開雨量筒，檢查雨量計接線架上的數據線正負極是否存在搭連，檢查數據線是否存在絕緣膠皮破損導致短路，當出現以上問題時，需重接數據線或直接更換新的雨量數據線。

b.檢查終端箱內避雷器、電路板是否出現故障，終端箱內雨量線接頭是否短路，雨量計干簧管是否出現故障，若出現上述問題，則更換相應配件。

c.對于融雪型雨雪量計，由于其測量敏感度很高，較容易出現雨量計多計數，其原因為在一場降雨后，稱重桶內存留的一部分雨水未能及時排除，汛期蚊蟲等小生物趨向潮濕的環境，當有較大重量的外來物進入稱重桶內，觸動電子秤的最小感應重量，發生一次稱重計數，導致計數偏高。對于上述問題，應及時將稱重桶中的積水排除干凈，定期清理設備周邊環境，盡量避免誤差。

3.2 水位計故障

朝陽水文局使用的水位計主要為雷達水位計，其工作原理是通過水位計探頭發射雷達波到達水面測量兩者之間的距離，再通過水位計探頭的高程減去這個距離得出該位置下的水位高程。在日常維護過程中，水位計測得的數值常常會出現水位波動過大、與實際水位有顯著差距，或是水位計測不到水位數據的情況，通常是以下原因造成：

1)當雷達波照射下的水面存在大量漂浮物、或者大量水底植物高度超過水面時，雷達波會將其誤認為水面，測量結果就會偏大，此種情況的解決辦法是定期清理雷達探頭下的水面，使其盡量不發生大面積擾動[4]；

2)在非汛期或旱季，河道中水位較低、河床出現淤積等情況導致雷達波無法全部覆蓋到水面，由于雷達波無法主動識別水面和地面，此時會導致水面和岸邊的高度數據出現不規律顯示，這種情況下，需要人工平整雷達探頭覆蓋下的河床，將河道中的水引到水位計下的岸邊，并保持與河道水位高度一致；

3)雷達探頭發生偏斜也會導致測量水位高程出現較大誤差，因此要定期檢查雷達探頭是否保持水平[4]；

4)若上述故障情況均未出現而水位數據依然存在較大誤差，則需檢查RTU是否出現故障，避雷器是否損壞，水位數據線是否存在短路、斷路等情況，一旦發現需及時更換配件。

3.3 通訊系統故障

朝陽水文局管理的遙測站數據傳輸均采用GPRS和GSM方式，當發生通訊中斷導致數據無法發送至中心服務器時，需檢查以下部件以恢復通訊：

1)檢查天線是否連接正確，是否有破損，若出現天線損壞等情況及時更換天線；

2)通訊模塊(DTU)有時會出現死機、不響應信號等情況，此時只需將DTU設備電源線拔掉，過一小會后再重新上電即可恢復正常；

3)DTU內的SIM卡有時會因為受潮、沾灰等情況導致接觸不良，若出現這種情況，則需要將DTU內的SIM卡取下，輕輕擦拭清理后重新放入DTU內；

4)與當地通訊商取得聯系，詢問是否因附近基站故障等原因導致通訊中斷；

5)有時RTU和DTU模塊本身出現故障也會導致通訊中斷，因此在判斷故障的時候應更加全面的考慮。在面對RTU和DTU模塊本身出現故障的時候，需要及時更換新配件，并配置參數。

3.4 供電系統故障

遙測設備的供電系統是由一塊20W太陽能板搭配充電控制器連接在12V鉛蓄電池上，再由蓄電池直連各個系統的模塊供電。常見的供電系統方面的問題主要體現在太陽能板、充電控制器和蓄電池自身損壞導致整個系統發生故障，充電控制器發生故障的時候提示燈會顯示不同的顏色，需及時更換；常用的檢查方法是使用萬用表測量太陽能板輸出端和蓄電池正常工作狀態下的電壓，春季和秋季的晴天日間太陽能板電壓應在19V以上，蓄電池電壓正常應不低于12.5V。此外還需要檢查各個部件之間的連接線是否出現破損，接頭是否松動，發現是連接的問題時候及時更換連接線。

4 水文遙測設備維護與保養

4.1 實時巡檢水文遙測設備

水文工作人員在進行日常巡檢過程中，應該加強水文遙測設備的維護管理[5]。這樣，首先在第一時間內，水文遙測設備存在問題能夠被及時發現，能夠將風險因素消滅在萌芽狀態，保障設備正常運行[6]；其次，通過日常的巡檢，能夠減少極其惡劣的天氣狀況下的水文遙測設備儀器的維護管理的次數，從而減輕了水文工作人員不必要的工作負擔。這種實時巡檢能夠有效地避免設備由于出現問題而罷工的現象發生，能夠使水文監測工作更順利高效地進行[7]。

4.2 日常養護與保養

遙測設備的管理三分靠維護，七分靠日常保養。在遙測站日常使用過程中，通常要求每個月保養一次，正確的日常維護保養可以增加設備的使用壽命，而且能使獲得的水文數據資料更加準確。在日常維護過程中，需要定期清理雨量計翻斗、承雨器濾網以保證降雨不會被堵塞；定期清理雨量筒和太陽能板上方的樹枝和高科植物，避免影響太陽能板給蓄電池功能，同時不至于影響到雨量筒收集正常降雨；定期將遙測設備內存儲的數據采集出來進行備份，防止數據丟失；每一次維護和保養都應做好記錄，為遙測數據整編打下良好基礎[8]。

4.3 加強平時數據的對比分析發現問題

水文相關信息在被水文工作人員收集的時候[9]，作為水文工作人員應當記錄有用的數據信息，比如在同一區域的不同監測站點的降雨歷時和降雨強度以及水文水位本身的變化情勢等，并通過對比方法來研究水文遙測記錄的所有的不同數據信息，并由此詳細地進行相關工作中的問題研究，發現問題，校對數據，以此發現水文設備的故障等，確保儀器設備的準確性。

5 結 語

通過對朝陽水文局遙測設備各組成部分系統容易發生故障的地方進行了分析梳理總結，并提出了相應的解決方法。通過以上幾方面的檢查以及日常的保養，可以保證儀器故障迅速排除，提高遙測設備的正確運行穩定性，為防汛部門提供及時、準確的數據，提高了報汛的時效性，為水文事業做出更大的貢獻。

[1]馮能操，陳衛，羅維新.Vegapuls61雷達水位計在長江數字航道水位測量中的應用[J].水運工程,2014(11):51-53.

[2]許笠，王延樂，華小軍.雷達水位計在水情監測系統中的應用研究[J].人民長江，2014,02(45)：74-77.

[3]法立鵬.YCH-1D 型雷達式水位計在普樂堡水文站的應用[J].河南水利與南水北調,2015(07):63-64.

[4]王文寶.OTT RLS 雷達水位計在大理水文自動測報系統中的應用[J].珠江現代建設,2015(04):24-25.

[5]馬志剛，張玉勝，陳泉志.雷達水位計在黃河中游測區的應用研究[J].科技經濟導刊，2016(27):77-78.

[6]鄭杰.YSCADA-1雷達水位計在則克臺站水情監測中的應用[J].新疆水利,2015(06):12-14.

[7]盧丹.基于改進的多元模糊綜合評價數學模型的河流水質評價研究[J].水利規劃與設計，2016(04)：66-71.

[8] 張永平.洪水對水質的影響及監測工作初探[J].水利技術監督，2013(06):1-3.

[9]牛睿平.一種新型國產雷達水位計的設計[J].水利信息化,2015(05):34-38.