龍灣水庫(kù)水文遙測(cè)系統(tǒng)技術(shù)研究

高 峰，張建國(guó)，劉 恒

(1.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽(yáng)110003;2.沈陽(yáng)市渾河治理中心，沈陽(yáng)110011)

龍灣水庫(kù)位于饒陽(yáng)河水系東沙河西支流上，始建于1958年，是一座以防洪灌溉為主，兼顧養(yǎng)魚等綜合利用的中型水庫(kù)。壩址以上流域面積321 km2，壩址區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，寒暖、干濕變化明顯。多年平均降水量515.4 mm、蒸發(fā)量1 460 ～2 110 mm［1］。歷經(jīng)50 a，水庫(kù)原水文遙測(cè)設(shè)備已嚴(yán)重破損，系統(tǒng)近于癱瘓，無(wú)法滿足水庫(kù)水文預(yù)報(bào)及水情調(diào)度要求。本系統(tǒng)的建設(shè)，提高水文信息測(cè)報(bào)和傳輸?shù)募皶r(shí)性、可靠性及處理突發(fā)事件的反應(yīng)能力，增強(qiáng)來(lái)水、需水的水文實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)性能，為水庫(kù)防汛調(diào)度、安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1 系統(tǒng)概要

水文遙測(cè)系統(tǒng)是借助應(yīng)用通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，完成流域或測(cè)區(qū)內(nèi)固定及移動(dòng)站點(diǎn)的降雨量、蒸發(fā)量、水位、流量、含沙量、潮位、風(fēng)向、風(fēng)速和水質(zhì)等水文氣象要素，以及閘門開度等數(shù)據(jù)的采集、傳輸、和處理的信息系統(tǒng)［2］。龍灣水庫(kù)水文遙測(cè)系統(tǒng)通過(guò)終端采集設(shè)備，采集流域內(nèi)水文遙測(cè)數(shù)據(jù)，借助超短波(水利專用頻段)傳輸至中心站，進(jìn)行雨量、庫(kù)水位的分析、研究后，實(shí)現(xiàn)資料整編和水文預(yù)報(bào)、調(diào)度等功能。

2 系統(tǒng)組成

根據(jù)龍灣水庫(kù)庫(kù)區(qū)、庫(kù)容較小，壩址以上流域面積的地形、地貌特征等流域現(xiàn)狀，系統(tǒng)設(shè)中心站1處、雨量站2處、庫(kù)區(qū)水文站1處;系統(tǒng)通訊采用超短波。

3 遙測(cè)站布設(shè)

本系統(tǒng)遙測(cè)站網(wǎng)布設(shè)遵循科學(xué)合理，經(jīng)濟(jì)可行的基本原則。使采集的實(shí)時(shí)信息有代表性，在站點(diǎn)建設(shè)和維護(hù)方面，以較少的站點(diǎn)能夠獲得足夠的信息，取得較好的預(yù)報(bào)效益，滿足水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的要求，為水庫(kù)防汛調(diào)度服務(wù)。經(jīng)優(yōu)化后遙測(cè)雨量站均勻的分布在流域上，站網(wǎng)密度比較合理，也能達(dá)到規(guī)范的要求，站網(wǎng)密度統(tǒng)計(jì)見表1。

在龍灣水庫(kù)壩區(qū)建立庫(kù)區(qū)水庫(kù)站和中心站，分別在靠邊屯和黑帝廟建設(shè)雨量遙測(cè)站，準(zhǔn)確掌握水情信息。龍灣水庫(kù)水文遙測(cè)系統(tǒng)站點(diǎn)分布分別見表1和圖1。

表1 水文遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)分布表

4 遙測(cè)站

4.1 遙測(cè)站組成

遙測(cè)站由遙測(cè)終端機(jī)、天線、饋線、避雷器、超短波電臺(tái)、功率放大器、太陽(yáng)能電池板、蓄電池、水位傳感器、雨量傳感器等組成。遙測(cè)站硬件框圖見圖2。

4.2 遙測(cè)站工作制式

遙測(cè)站的工作制式分為自報(bào)式和應(yīng)答式。自報(bào)式:遙測(cè)站根據(jù)預(yù)制的報(bào)訊時(shí)間制定正點(diǎn)向中心站發(fā)送信息或根據(jù)遙測(cè)參數(shù)的變化而自動(dòng)隨機(jī)地向中心站發(fā)送信息的系統(tǒng)工作方式［3］，該系統(tǒng)的遙測(cè)站只具備主動(dòng)發(fā)送信息的功能，無(wú)信號(hào)接收裝置。因此數(shù)據(jù)通信信息是單向的。應(yīng)答式:遙測(cè)站按照中心站命令發(fā)送采集信息的系統(tǒng)工作方式。它是“查詢～應(yīng)答”方式的簡(jiǎn)稱，系統(tǒng)遙測(cè)站和中心站均具備接受和發(fā)送信息或指令的雙向功能，所以數(shù)據(jù)通信信道是雙向的［4］。根據(jù)水庫(kù)現(xiàn)狀本系統(tǒng)采用自報(bào)式;每降雨1 mm，遙測(cè)終端機(jī)觸發(fā)上電1次，遙測(cè)站向中心站發(fā)送1次雨量數(shù)據(jù)。自報(bào)式工作制式框圖見圖3。

圖1 龍灣水庫(kù)水文遙測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)平面布置

圖2 遙測(cè)站硬件框圖

圖3 自報(bào)式工作制式框圖

5 中心站

5.1 中心站組成

中心站:本系統(tǒng)中心站設(shè)在龍灣水庫(kù)管理局水情調(diào)度中心。主要設(shè)備為1臺(tái)計(jì)算機(jī)和1臺(tái)前置接收機(jī);中心通過(guò)無(wú)線超短波信道接收由各測(cè)站發(fā)來(lái)的雨量和水位數(shù)據(jù)。中心站另配備有HP激光打印機(jī)、易事達(dá)電源避雷器、愛伯樂交流凈化穩(wěn)壓UPS電源等設(shè)備。

5.2 中心站功能

6 結(jié)語(yǔ)

水文遙測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)十分重要的非工程措施，它對(duì)水庫(kù)的防洪、水文預(yù)報(bào)、水情調(diào)度起著舉足輕重作用。龍灣水庫(kù)水文遙測(cè)系統(tǒng)于2005年3月開工，6月初系統(tǒng)建設(shè)完成并投入試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)3 a多的汛期的使用，證明該系統(tǒng)能及時(shí)、準(zhǔn)確地收集水庫(kù)流域的水文信息，做出較為準(zhǔn)確的水文預(yù)報(bào)，具有一定的預(yù)見性，為龍灣水庫(kù)防洪和水情調(diào)度提供了科學(xué)、可靠的依據(jù)，從而提高了水庫(kù)的工作效率。

［1］馬傳波.龍灣水庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)工作報(bào)告［R］.沈陽(yáng):遼寧省水利水電科學(xué)研究院，2005.

［2］張振云，唐鎮(zhèn)松，姚永熙.水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)［M］.中國(guó)水利水電出版社，2005.

［3］劉雅鳴，等.水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編［R］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.

［4］金建樂，周濤.超短波水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)常見故障分析與處理［J］. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2005，29(5):76 －78.