水文自动测报系统规划设计指导书

水文自动测报系统规划设计指导书
目录
1 目的 (3)
2 适用范围 (3)
3 职责 (3)
4系统规划设计总体要求 (3)
5系统规划工作内容及要求 (3)
5.1收集资料 (4)
5.2系统规划报告编制 (5)
5.2.1概述 (5)
5.2.2系统建设的必要性 (5)
5.2.3系统需求分析 (5)
5.2.4系统建设目标、任务和范围 (6)
5.2.5水文预报方案配置 (7)
5.2.6站网规划 (8)
5.2.7系统功能及主要技术指标 (8)
5.2.8通信组网方案 (8)
5.2.9设备及土建 (10)
5.2.10实施计划 (10)
5.2.11工程管理 (10)
5.2.12 投资估算 (10)
5.2.13 效益分析 (11)
6系统总体设计工作内容及要求 (11)
6.1现场查勘测试和资料收集 (11)
6.2总体设计报告编制 (13)
6.2.1概述 (13)
6.2.2系统建设范围、目标及任务 (13)
6.2.3 系统总体方案 (13)
6.2.4 站网论证 (15)
6.2.5信息采集 (15)
6.2.6信息传输 (15)
6.2.7遥测站集成设计 (17)
6.2.8中心站集成设计 (19)
6.2.9 水情预报及服务系统 (20)
6.2.10 土建工程设计 (20)
6.2.11 施工组织设计 (20)
6.2.12 工程管理 (20)
6.2.13 投资概算 (20)
1 目的
水文自动测报系统（以下简称系统）是利用遥测、通信、计算机和网络等技术，完成流域或测区内固定及移动站点的降水量、蒸发量、水位、流量、含沙量、潮位、风向、风速和水质等水文气象要素以及闸门开度等数据的采集、传输和处理。

为确保水文自动测报系统规划设计的成果质量，对水文自动测报系统规划和总体设计所需开展的工作做出规定，对报告编写进行规范。

2 适用范围
本指导书适用于各种江河、湖泊、水库、水利水电工程、灌区以及输水工程中水文自动测报系统（包括水资源监测等系统）规划设计报告的编制。

3 职责
1）项目负责人负责组织审定规划设计工作大纲，负责组织系统规划设计工作的实施；
2) 技术负责人负责组织编写规划设计工作大纲，组织审查规划设计报告；
3) 规划设计人员负责完成规划设计工作，编制规划设计报告。

4系统规划设计总体要求
1) 水文自动测报系统属于非工程措施，但其系统建设又属于基本建设的范畴，需执行国家基本建设程序及其有关规定。

2) 对水利水电工程的水文自动测报系统，在水利工程可行性研究阶段（水电工程预可行性研究阶段）应论证建设系统的必要性，配置预报方案，研究遥测站网布设、通信方式，编制系统规划，提出投资估算。

初步设计阶段（水电工程可行性研究阶段）编制系统总体设计，提出投资概算。

3) 根据系统的建设目的和要求不同，规划设计工作内容应有所取舍和侧重，对规划设计报告内容予以增减。

4) 编制规划设计报告时，应认真进行调查研究，取得可靠的基本资料；设计应实用可靠，技术先进；报告的文字应简明扼要，图纸完整清晰。

5系统规划工作内容及要求
规划是立项的依据。

系统规划应重点论证系统建设的必要性，并在做好系统需求分
析的基础上，通过对当前和远景的建设目标、任务和效益的分析论证，确定系统的功能和建设规模。

系统规划设计工作应在收集资料的基础上进行，系统规划的基本工作内容包括：1）论证建设系统的必要性。

2）进行系统需求分析。

3）拟定系统建设范围、目标及任务。

4）初步进行水文预报方案配置。

5）初步论证遥测站网。

6）初步确定系统功能和主要技术指标。

7）初步选定数据传输通信方式和组网方案。

8）拟定设备配置和土建方案。

9）提出实施计划。

10）提出系统建设和管理的保障措施。

11）投资估算。

12）系统的效益分析。

5.1收集资料
资料是做好系统规划设计工作的基础，应尽可能多的收集系统所在流域或区域与规划设计有关的基本资料，一般包括：
1）地形图（比例尺不小于1:50000）。

2）已建、在建和计划建设的水文站网、报汛站网和水文自动测报系统等方面的资料。

3）气象、水文及防洪标准等资料。

包括工程所在流域的自然地理概况、流域的气候特征、河道特征、洪水特性、流域水系图、水文站的最高水位与最低水位、暴雨强度、降水产流与流域汇流时间及其相关要素、防洪标准的水位及流量、测洪标准的水位及流量、瞬时最大流速、含沙量；极端气温、相对湿度、最大风速、短历时暴雨强度、最长连阴雨时间、日照时数等特征资料。

4）雷电情况和地震烈度。

5）已建、在建和计划建设的水利工程布局，以及重要水利工程的技术特征资料。

6）防汛抗旱、水资源管理、水环境保护和水工程运行管理方案及需求。

现有的水
文预报、防洪调度方案，水资源调度管理方案。

7）通信资源的覆盖情况和收费标准。

8）无线电频率干扰及工业干扰情况和通信发展规划。

9）交通与供电等情况。

在系统的规划阶段和总体设计阶段对上述资料的内容和详细程度会有所不同。

5.2系统规划报告编制
5.2.1概述
简述系统所在流域的自然地理概况、水文气象条件、交通条件；水利工程概况；提出规划原则和依据。

5.2.2系统建设的必要性
系统建设的必要性论证，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、水情测报能力及实效性的基础上，从水文预报、防洪减灾、工程运行调度的需要以及综合自动化要求等方面进行论证。

5.2.3系统需求分析
系统的需求分析包括系统的应用需求、功能需求、信息及其流程和现有的资源及其应用等方面的分析。

（1）系统的应用需求分析
系统的应用需求分析，主要指为完成防洪减灾、水资源管理、水环境治理及水工程运行等方面任务而对系统提出的需求。

系统的应用业务要求包括：
1）快速、准确、可靠的各类信息的采集和传输。

2）快速科学的信息接收和处理。

信息接收处理后，入相关数据库。

3）数据深加工和应用。

包括气象产品应用开发和水雨情显示或报表检索等，以提供给水文信息的监视、会商、洪水预报预测和调度分析业务系统的应用。

（2）系统的功能需求分析
不同的系统，有不同的建设目标，也相应的有不同的功能需求。

系统功能需求一般包括以下几个方面：
1）信息采集的精度要求。

要采用先进监测方法和传感器，提高信息采集质量，保证信息采集的精度满足有关技术标准规范的要求。

2）信息传输的时效性要求。

多少分钟内完成测区内所有信息的采集和汇总，以及多少分钟内通过网络将信息传输到信息应用部门或各级防汛指挥部门。

3）可靠性要求。

在各种条件下，都要求能测得到、报得出，报得快。

重要报汛站传输通信设计要求信道双保险，关键设备要进行适量备份。

4）信息共享要求。

要求系统要能与其他相关系统互联，网络建设要满足信息的快速传输，实现信息共享。

5）信息的处理、入库和数据库管理。

6）信息查询、检索、显示及信息发布。

（3）信息及其流程分析
根据信息源及其特性，对信息进行分类和信息量估算，并分析各自的流程。

首先要对信息进行分类，如实时水情信息、气象信息、水质、视频信息、外部信息等。

然后根据各类信息传输的内容、频度来估算信息量的大小。

信息量的估算是信道设计和存储设计的依据。

在设计中，要适当留有余量，充分考虑信息的冗余。

信息的流程分析涉及到信息的管理、信息传输的可靠性及当前的管理体制等问题，可根据实际需求和选用的通信方式来分析确定信息流程。

信息流程有如下类型：1）遥测站——中心站；
2）遥测站——分中心站——中心站；
3）遥测站——中心站——分中心站；
（4）系统现有资源分析
系统建设应在满足建设目标需求的前提下，充分利用系统的现有资源。

系统的现有资源一般包括：监测站点及其设施设备、报汛网络及设备、现有的软硬件及环境、系统流域内公共通信资源等。

5.2.4系统建设目标、任务和范围
（1）系统建设目标及任务
分析系统的应用要求提出系统的建设目标和任务。

对分期建设的系统分别拟定近期和远期的建设目标和任务。

（2）系统建设范围
系统建设范围取决于所在流域的资料条件、产汇流规律、现有测站分布、洪水预见期、水文预报方法、防洪控制断面以及已建或在建水利水电工程等。

对通过相关预报即可满足需要的工程，系统只需在有关断面设置遥测站。

对于单独运行的水利水电工程，系统的建设主要为工程的洪水调度及水资源合理利用收集实时水情信息，增长预见期，提高预报精度。

站网布设范围要在充分了解工程的调节性能，下游防洪要求，闸门启闭时间及泄流能力大小和流域暴雨洪水特性的基础上分析拟定。

对于中小型流域，一般在工程以上全流域布设水、雨情遥测站，以改善现有报汛条件，尽可能地增长预见期和提高预报精度，以适应工程施工期安全与运行期调度的需要，提高工程的防洪和水资源调度能力。

当水库对下游有防洪任务时，需认真分析出库洪水至下游防洪控制断面的传播时间以及下游区间洪水的预见期。

当下游区间面积较大时，一般要求区间洪水的预见期要大于水库至下游防洪控制断面的洪水传播时间，以此作为区间站网布设范围的控制标准；坝址上游站网布设范围应根据工程任务确定。

对于梯级水利水电工程，应充分利用已建系统的信息资源、按梯级开发时序、布站范围逐步向上下游延伸。

在比较大的流域上初期建设的工程，遥测站网的布设范围应满足工程预报调度所需预见期的要求，一般在坝址以上局部地区布设遥测站。

5.2.5水文预报方案配置
系统规划需要分析流域或工程的防洪及洪水调度对洪水预报信息的要求，规划拟配置的预报方案类型、数量和能达到的预见期、预报精度。

在有资料的情况下，需对流域的产汇流特性进行分析，这是正确选择预报方案类型的关键。

各地区防汛水文预报人员和工程水文人员通常都在此方面积累了很多经验，应借鉴其经验确定所配置的预报方案类型。

在附近地区无可供参考的预报方案，也无有经验的预报人员的情况下，可通过外业调查和资料分析来认识设计流域的产汇流特性，并结合工程需要和实际条件选用相应的预报方案类型。

区间来水较少的河流，可进行上、下游流量相关，若断面形态相似且冲淤变化不大可进行上、下游站水位相关。

中小流域通常配置降雨径流预报方案。

大流域通常要考虑河道洪水演进和分区产汇流方案。

5.2.6站网规划
遥测站网由中心站、遥测站（包括雨量站、水位站、水文站）组成。

布设科学、合理的遥测站网是开展水文预报的重要环节。

合理拟定遥测站网是系统规划的重要内容，不但关系到系统建设的规模和投资，而且关系到水文预报、调度及系统的运行和维护。

应在满足防洪调度、水文预报、水资源管理要求的前提下，根据系统建设目标要求及水文预报方案配置，主要采用经验公式、技术导则等方案估算遥测站网密度，并结合现有站网情况和交通条件，以最经济的系统规模和投资，初步论证遥测站网的布设方案。

遥测站网规划原则为：控制测报区雨量和水情变化；水文预报方案精度最终达到甲级；测站数量应合理精简，并尽量利用现有测站；便于通信组网；便于测报系统的建设和维护管理；考虑工程的施工期和运行期相结合要求。

5.2.7系统功能及主要技术指标
系统的功能包括水文要素的采集要求（如遥测站建设的标准及信息采集精度要求）、传输的时效性要求（如国家防汛抗旱指挥系统工程要求30min内完成全国中央报汛站的信息采集和传输）、信息处理和应用的功能要求等。

如水文要素的实时自动采集、固态存贮，人工置数和自动传输、接收，以及进行数据处理形成各种数据文件和报表及水文预报作业等功能；系统的报警功能包括水文要素越限、电源欠压和设备故障报警，通常用声光信号警示。

系统内各类遥测站向中心站报送的数据类别（降水量、水位、流量、含沙量、潮位、风向、风速、气温、水温、大气湿度和水质等要素）、频度（根据报汛任务要求及系统所在流域的水文气象特征确定）以及与外部进行数据交换（接收外部数据和向外转发数据）的任务。

系统的主要技术指标是指水文要素的分辨力和误差控制要求，数据传输的平均误码率、畅通率、时效性和平均无故障工作时间要求以及设备正常工作的环境要求。

5.2.8通信组网方案
在了解当地现有通信资源（包括公网和已建专网）的基础上，以经济可行和满足目标要求为前提，初步论证数据传输组网方案。

了解本系统与外界信息的交换需求、信息传输的手段及可用信道资源等，提出本系统与有关系统联网的要求。

（1）通信设计的要求
1）系统通信应满足迅速、可靠、准确、方便地传输数据的要求。

2）通信方式的选择应切合实际、技术先进、经济合理。

应依据系统对通信的要求、所在地区的地形地势、通信设备的特性、运行维护能力、建设运行费用等综合分析确定。

通信方式可以选择超短波、卫星、GPRS/GSM、PSTN等方式中的一种，也可以是混合方式。

遥测站数较少或地形不太复杂的地区，宜采用单一方式组网。

3）通信组网设计应进行多方案的技术、经济比较，方案的选定首先要考虑通信质量，当超短波通信方式三级中继仍不能满足通信质量要求时，应研究采用其他通信方式。

当遥测站点的位置影响通信质量时，雨量站的位置在满足测报要求的前提下可适当调整，以满足通信要求；水位站位置一般不宜变动，可采取其它措施解决通信质量问题。

4）对重要的站可配置双信道，自动切换、互为备份。

（2）工作体制
水文自动测报系统工作体制有自报式、应答式及混合式三种。

系统规划阶段工作体制根据系统功能要求、电源、交通、通信方式和信道质量等条件初拟。

（3）系统组网方案
系统通信组网设计的目的在于选择最为经济、可靠的数据传输信道，构成水情数据传输网络。

系统组网设计除了进行本系统范围内主备信道的分析、选择与确定外，还应考虑与河流上下游、干支流梯级系统，已建系统与待建系统之间的关系，以及与所在地区防汛指挥部门的信息交流关系。

因此，规划设计阶段组网设计应注意以下几点：1）了解和研究系统所在河流及所在地区防洪调度网总体规划情况，以便本系统能满足总体框架要求，预留软硬件接入端口。

2）综合考虑系统范围已建子系统的通信方式和通信技术的新发展，既解决通信传输，又要节省经费。

3）采用超短波通信时，要进行通信链路设计与现场信道测试，再通过分析后选择。

现场信道测试工作一般在系统总体设计（或初步设计）阶段进行。

对于超短波通信，中继站的选择是组网的一个关键环节，在进行设计时应先在地形图上进行分析，了解系统所在地的情况，了解是否有可以利用的高山防火塔、电视差转台、微波站等来做系统的中继站，以降低系统造价，且交通方便，便于看护，如果没有现成的高山站可以利用，选择中继站时应尽可能选择交通方便、便于系统建设和维护的地点。

在中继站挂靠在电视、电信部门的差转台时，应特别注意可能出现的同频、倍
频干扰问题，预先设计好解决方案。

超短波通信的工作频率应采用国家无线电管理委员会对水文测报规定了专用频率。

5.2.9设备及土建
系统规划阶段需根据拟定组网方案提出设备配置与土建方案，包括如下内容：
（1）由于系统涉及水文、通信、计算机等专业技术，仪器设备来自国内外不同的生产厂商，因此必须把质量和系统的可靠性放在首位。

设备选型需以产品质量、性能价格比为重点，通过调研，推荐设备类型。

设备应与采集的要素、通信方式相配套。

对于使用的关键设备（如水位传感器等），可通过分析比较选定系统合适的传感器类型。

（2）鉴于土建工程须在系统设备配置方案基本确定后方可设计，系统规划阶段土建设计仅要求拟定土建工程项目、主要工程位置和工程量。

在土建规划设计时应注意以下方面：
1）土建工程的建设项目齐全，不要漏项。

2）初拟土建形式，比如遥测雨量站是采用筒式站房还是砖混站房。

水文、水位等测站应满足防洪标准和测洪标准要求以及枯水位测验要求。

3）考虑系统范围内特殊自然条件对土建的要求，如冻土、雷电、风速、泥石流、滑坡等。

5.2.10实施计划
根据系统建设的任务和规模，并根据资金落实方案及投资强度，初步拟订实施计划。

5.2.11工程管理
初步提出系统建设的项目法人、建设管理机构、管理措施，以及系统建成后的运行管理单位等。

5.2.12 投资估算
简述投资估算的编制原则、依据、取费标准及采用的价格水平年，估算系统静态总投资。

对分期建设的系统，投资估算应按分期实施计划编列分期投资。

估算时应注意系统仪器设备市场信息和与土建相关资料的收集和分析。

可参照本流域或相似流域，其自然地理情况，水文气象特性、价格指数、劳动力工资都大致相似的新建系统的各类测站的建设费用，分类进行估算。

对于水利水电工程的水文自动测报系统规划报告，按照水利水电概（估）算编制要
求，可将测报系统的投资估算合并为“建筑工程费”和“设备及安装工程费”两部分列入工程投资概（估）算。

5.2.13 效益分析
定性分析系统建成后的防洪、经济、社会效益。

6系统总体设计工作内容及要求
系统总体设计较系统规划更为具体，其设计深度基本满足系统招标设计的要求，系统总体设计应在系统规划设计工作的基础上进行，其主要工作内容包括：1）现场查勘和资料收集。

包括信道测试，施工现场查勘，水文资料、流域地形和必要的社会经济等资料的收集分析。

2）确定建设范围、目标及任务。

3）确定系统总体方案，包括总体结构、信息流程、与其他系统的互联接口、系统功能及技术指标。

4）遥测站网论证，确定遥测站点数量和位置。

5）确定信息采集方案。

6）确定信息传输方案。

主要包括通信方式、工作体制、通信组网设计。

7）进行遥测站集成设计，包括确定遥测站功能、结构，供电与防雷方案，设备设施配置等。

8）进行中心站集成设计，确定系统的设备配置，系统软件和应用软件配置；进行数据库管理系统选型和数据库设计。

9）土建工程设计。

10）施工组织设计。

11）提出项目建设管理和系统运行管理保障措施。

12）编制投资概算。

编制系统总体设计报告时，需附流域水系及遥测站分布图、通信组网图。

站点查勘及信道测试报告作为附件。

根据需要可增列遥测站网论证报告和水文预报方案编制报告等附件。

6.1现场查勘测试和资料收集
对系统规划的站点进行逐站实地勘察，收集水文、地质资料，了解测站现有测验方
法和测验设备；了解测站通信资源可利用情况，并收集供电情况和交通情况等资料，同时根据规划报告拟定的通信组网方案和实际应用需要，分别对拟定信道（包括北斗卫星通信信道、海事卫星C信道、PSTN信道和GSM/GPRS通信信道、超短波信道）进行实地测试，收集相关信道通信质量资料，为系统因地制宜、经济合理地确定的组网信道提供依据；并提交站点查勘报告和信道测试报告，为系统设计提供翔实的基础资料。

查勘与信道测试的主要内容包括：
1）测定站点的位置、高程及地理坐标；
2）查明测站现有测验设施设备配置情况，测验设施布置情况；
3）了解各测站实现水雨情自动测报需要进行更新改造的土建工程；
4）确定设备的安装方案及所需的配套土建工程量
5）查明本项目拟用通信信道的通信质量；调查工程区域内可利用的通信资源及无线电背景干扰情况；
6）进行通信信道的测试；
7）了解各站点交通、供电以及距居民点的距离等情况；
8）收集流域的水文、气象等资料；
9）实地调查洪水、雷电、泥石流和滑坡等自然灾害对站点安全的威胁情况。

查勘与测试之前应根据设计需要准备以下资料和工具：
1）近期出版的区域交通图和地形图；
2）各种通信方式的通信设备，如采用超短波通信，则需要超短波通信线路地形剖面图、场强仪；
3）便携式全球卫星定位仪（GPS）；
4）65式军用指北针和望远镜；
5）通信工具；数码照相机；皮尺、选线工具；
6）计算机；
7）直流免维护蓄电池（12VDC）及充电器等。

系统总体设计，应在系统规划设计工作的基础上进行，并补充收集以下资料：
1）工程水文、规划等分析计算成果；
2）初步编制水文预报方案所需的代表性水文气象资料；
3）遥测设备的功能、技术指标、价格；
4）计算机及系统软件的主要品牌、价格；
5）系统所在地区水文自动测报系统建设及运行情况。

6.2总体设计报告编制
6.2.1概述
简述系统所在流域的自然地理概况、水文气象条件、交通条件；水利工程概况；提出设计原则和依据；确定设计采用的技术路线。

6.2.2系统建设范围、目标及任务
（1）系统建设目标及任务。

分析系统的应用要求提出系统的建设目标和任务。

对分期建设的系统分别拟定近期和远期的建设目标和任务。

（2）系统建设范围
系统建设范围取决于水情预报、防洪调度、水资源管理的需求，同时，需考虑所在流域的资料条件、产汇流规律、现有测站分布、洪水预见期、水文预报方法、防洪控制断面以及已建或在建水利水电工程等。

6.2.3 系统总体方案
（1）总体结构
系统的总体结构应满足能正确接收、处理水情信息，并加工成信息产品，向服务对象提供调度决策的水情服务的要求，应满足水电站施工期和运行期水情预报调度的需要。

系统一般由中心站和遥测站组成，对于大型梯级水电站水文自动测报系统还需在各水电站设置分中心站。

考虑到系统的遥测站点大都在水文部门现有水文站点的基础上建设，为便于运行管理，在系统建设范围内设置遥测站运行维护分中心，负责所辖遥测站的运行维护管理工作。

（2）信息流程
系统的信息流程与整个系统建设投资及系统建成后的运行维护费用的经济性、合理性密切相关。

因此在确定系统信息流程时需要考虑诸多的相关因素：
1）系统内各信息需求点是否都能够得到及时、可靠的水情信息；
2）采用的系统结构以及采用的信息传输技术是否可行，能否实现；
3）是否便于整个系统的运行维护和管理。