基于西泉眼水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)

呂寶順，方 艷，于汪洋

(1.哈爾濱市西泉眼水庫管理處，哈爾濱150300;2.蘿北縣寶泉嶺農(nóng)場水務(wù)局，黑龍江蘿北154211; 3.哈爾濱市水文局，哈爾濱150010)

1 概況

西泉眼水庫位于阿什河上游，是阿什河流域唯一的綜合性大型水庫，控制流域面積1 151 km2，校核總庫容4.78億m3。該水庫于1992年開工建設(shè)，1996年主體工程完工，2000年竣工驗收并交付使用。水庫屬大(2)型工程，工程等別為Ⅱ等工程，主要建筑物為2級，按100 a一遇洪水設(shè)計，考慮到潰壩洪水對下游哈爾濱市、阿城市造成的損失特別嚴重，按10 000 a一遇洪水校核。

西泉眼水庫壩址下游有阿城水文站，控制面積2 313 km2，中游有馬鞍山水位站，控制面積1 629 km2，水庫上游有帽兒山水文站，控制面積183 km2。阿什河流域內(nèi)進行雨量觀測站點有6處，由上而下有八里川、帽兒山、西川、小嶺、馬鞍山、阿城等。

2 建設(shè)洪水調(diào)度系統(tǒng)的必要性

西泉眼水庫至今未建出入庫流量站，致使出入庫水量計量困難、方式原始;現(xiàn)有傳輸手段不能滿足水情報訊需要;信息處理設(shè)備和方式落后，決策支持系統(tǒng)欠缺;設(shè)備陳舊老化。西泉眼水庫作為阿什河大型控制性水利樞紐工程，承擔(dān)著水庫本身及下游防洪調(diào)度任務(wù)，對于消減阿什河洪峰流量，減輕下游地區(qū)的防洪壓力具有積極作用;為了下游和庫區(qū)防洪安全，提高水庫洪水調(diào)度都現(xiàn)代化水平，需重新建設(shè)防洪調(diào)度系統(tǒng)。

3 建設(shè)洪水調(diào)度系統(tǒng)的目的

1)以國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)為依據(jù)，提高系統(tǒng)都傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)化程度。改變目前西泉眼水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備老化，設(shè)施差的局面。實現(xiàn)水雨情信息自動采集、自動傳輸和處理，及時準確做出洪水預(yù)報，迅速提出洪水調(diào)度方案，為水庫和上級主管防汛指揮部門提供決策支持，充分發(fā)揮西泉眼水庫防洪工程效益，科學(xué)利用洪水資源，減輕阿什河下游洪澇災(zāi)害。

2)通過科學(xué)都決策調(diào)度，提高西泉眼水庫水資源優(yōu)化配置水平，更好的發(fā)揮西泉眼水庫在發(fā)電、灌溉和下游補償供水中都社會效益和經(jīng)濟效益。

3)通過計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提高西泉眼水庫辦公自動化管理水平。

4 站網(wǎng)布設(shè)

雨量遙測站網(wǎng)布設(shè)，既要符合《水文測驗規(guī)范》之規(guī)定，又要符合《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的站網(wǎng)布設(shè)規(guī)定。西泉眼水庫流域控制面積1 151 km2，地面高程在100～800 m之間，屬山區(qū)，降雨受地形抬升作用影響，時空分布不均勻，因此按照《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求，應(yīng)合理控制遙測站網(wǎng)密度。具體設(shè)計見表1。

5 信息采集與傳輸

西泉眼水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)都建設(shè)要求是:采用先進的水文遙測技術(shù)，實時采集流域內(nèi)都雨情、水情、閘門開啟高度等信息，自動傳輸?shù)剿畮旃芾硖?，為防洪調(diào)度和水資源利用提供可靠決策依據(jù)。本系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下幾方面原則:

5.1 先進性原則

本系統(tǒng)在總體布局、工作原理、完成功能、技術(shù)設(shè)備性能等方面，應(yīng)達到國內(nèi)同類系統(tǒng)先進水平。系統(tǒng)采用國際主流技術(shù)和軟硬平臺，選擇成熟都技術(shù)并能夠適應(yīng)國際先進技術(shù)發(fā)展。本系統(tǒng)屬于典型的遙測系統(tǒng)，采用成熟的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)技術(shù)和產(chǎn)品將最為適合。(SCADA)技術(shù)和產(chǎn)品集當(dāng)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和測控技術(shù)于一體，產(chǎn)品部件至少應(yīng)包括構(gòu)成各種現(xiàn)場測控站的遠程終端單元RTU、中心站前置通信處理器及先進的網(wǎng)絡(luò)化管理的遠程通信協(xié)議，且具有開放都軟硬件平臺。系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)采用當(dāng)前流行都B/S方式，能夠提供很好都可管理性和可維護性，并具有很強都可移植性。系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)能夠提供多種接入方式，可讓中心站在各種特殊情況下仍能隨時獲取監(jiān)測站的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)用軟件應(yīng)具有完善的數(shù)據(jù)庫管理和備份機制，能滿足數(shù)據(jù)的實時性、可靠性、真實性和一致性等要求。

5.2 可靠和實用性原則

系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、性能先進、節(jié)省能源要求的基礎(chǔ)上，選擇高可靠性都、已定型的、并具有一定運行經(jīng)驗都設(shè)備。在具備基本功能前提下，設(shè)站數(shù)量必須滿足該流域暴雨洪水預(yù)報要求，滿足《水文遙測設(shè)站規(guī)范》，選站址時要充分考慮交通條件和運行管理要求。在組網(wǎng)合理、維護方便基礎(chǔ)上，以確保系統(tǒng)可靠性和實用性為首要考慮因素。做好防雷措施及其它管理保護措施，減少故障發(fā)生。各站設(shè)備應(yīng)采用太陽能浮充供電方式，中心站要求備有安全可靠的交流電源。

5.3 標(biāo)準化原則

硬件設(shè)備能與現(xiàn)場工藝儀表和控制執(zhí)行機構(gòu)形成規(guī)范化、標(biāo)準化接口。系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)符合國際及行業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定的要求，應(yīng)遵循國家和行業(yè)規(guī)范或規(guī)定。

表1 西泉眼水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)站網(wǎng)一覽表

5.4 擴展性原則

系統(tǒng)應(yīng)考慮到整個系統(tǒng)水情測量及重點部位的自動控制聯(lián)網(wǎng)運行，為今后的發(fā)展及其它網(wǎng)絡(luò)留有通信接口。為保證系統(tǒng)可擴展性，選擇模塊化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，方便將來系統(tǒng)規(guī)模擴展和改造。

5.5 兼容性原則

提供與第三方設(shè)備都接口、接口方式或方法。

5.6 經(jīng)濟性原則

在確保系統(tǒng)上述原則的基礎(chǔ)上，應(yīng)保證系統(tǒng)具有較高的性能價格比。

5.7 安全性原則

系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)保證信息的安全，防止信息的丟失和破壞。

6 系統(tǒng)組成

為了使設(shè)計方案科學(xué)合理，基于原水文自動測報系統(tǒng)查勘和電波測試工作基礎(chǔ)上，對新增站點電路進行了理論計算。水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)以水庫管理處為中心站，以水庫現(xiàn)場辦公室為中心站，以538高山為中繼站，保留原有都13處雨量遙測站，平山雨量站與南橋水文站結(jié)合，1處庫水位站，新增3處入庫水文站，1處出庫水文站，新增1處閘位站。

7 系統(tǒng)功能要求

水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)是集通信、計算機、水情數(shù)據(jù)自動采集、處理為一體都實時系統(tǒng)，其系統(tǒng)功能要符合水利部《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。該系統(tǒng)功能要求如下:

1)系統(tǒng)要求能長期穩(wěn)定可靠地工作，特別是在暴雨洪水惡劣天氣條件下保證系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)都設(shè)備可靠性應(yīng)達到《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求。

2)系統(tǒng)設(shè)備力求簡單、可靠、實用、并能防雷、省電、防盜、遙測站在無人值守、有人維護都條件下工作。

3)測站及中繼站應(yīng)能在環(huán)境溫度0℃～+60℃及相對濕度小于95%的條件下正常工作，在－30℃～++60℃情況下保存，系統(tǒng)能連續(xù)工作210 d以上，信號暢通率>95%。

4)雨量、水位信息實現(xiàn)自動采集、自動存儲、自動傳輸、誤碼率<1×10－4。數(shù)據(jù)傳輸速率>300 bps。

5)雨量采集精度為0.2 mm，水位和閘位采集精度為1 cm，允許誤差<《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求。

6)其它參數(shù)以人工置數(shù)的方式傳送，人工置數(shù)都報文格式必須符合《水文情報預(yù)報拍報辦法》的要求。

7)系統(tǒng)具有良好的時效性，保證在5 min之內(nèi)收集齊轄區(qū)內(nèi)的實時水情信息，10 min內(nèi)完成預(yù)報作業(yè)和調(diào)度方案優(yōu)選。

8)應(yīng)用軟件簡潔實用、界面友好，并具有良好的人機交互功能。

9)系統(tǒng)軟硬件都必須具有良好的可擴充性。

10)為提高通信資源都利用率，本系統(tǒng)應(yīng)采用同頻存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。

8 系統(tǒng)體制

目前國內(nèi)現(xiàn)有的水文自動測報系統(tǒng)大體上可分為3種制式，即自報式、應(yīng)答式、混合式。本系統(tǒng)采用自報式工作體制。此處的自報也不是傳統(tǒng)意義上的純自報方式，而是要在可靠的通信協(xié)議支持下，當(dāng)發(fā)信方發(fā)出一組有效信息時，必須得到收信方的確認，才算完成一有效通信，否則重發(fā)，以確保信息真正到達目的地。

自報分為增量隨機自報和定時自報。本系統(tǒng)采用增量隨機自報與定時自報兼容的工作體制，定時自報是指按設(shè)定的時間間隔自動發(fā)報，本體統(tǒng)規(guī)定定時自報的時間間隔一般為6 h(平安報)，間隔時間可由中心站控制。增量自報是指某項參數(shù)在一定時段內(nèi)超過給定的閥值時自動發(fā)報。本系統(tǒng)規(guī)定雨量參數(shù)一般每變化1 mm發(fā)送1次、水位一般每變化1 cm且與前次時間間隔>5 min發(fā)送1次。

9 結(jié)語

通過對西泉眼水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)的站網(wǎng)布設(shè)原則和系統(tǒng)原則的概述，明確了水庫洪水調(diào)度系統(tǒng)對于大中型水庫安全度汛、優(yōu)化水資源配置水平、更好的發(fā)揮水庫在發(fā)電、灌溉和下游補償供水中的社會效益和經(jīng)濟效益。

［1］ 中華人民共和國水利部.SL61－2993水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準出版社，2003.