鬧龍河水庫工程水文自動測報系統(tǒng)

孫宇群，黃海玲

(1.北安市水務(wù)局，黑龍江北安164000;2.北安市通北鎮(zhèn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)技術(shù)服務(wù)中心，黑龍江北安164000)

1 流域及工程概況

鬧龍河發(fā)源于小興安嶺南麓松嫩平原過渡地帶的低山丘陵區(qū)。鬧龍河流域?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，季節(jié)變化明顯，冷熱懸殊，冬季寒冷干燥，夏季溫?zé)岫嘤?，春季多風(fēng)少雨易干旱，秋季降溫迅速多早霜，多年平均降雨量558.1 mm，降水量年內(nèi)分配不均，主要集中在6～9月，占全年降水量的70%左右。多年平均蒸發(fā)量646.7 mm。

鬧龍河水庫壩址位于鬧龍河下游，北安市東8 km。壩址以上集水面積349.3 km2，占鬧龍河流域總面積的91.4%。鬧龍河水庫總庫容9 660萬m3，調(diào)洪庫容6 700萬m3，是一座以供水、防洪為主的綜合利用的中型水庫。

2 水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)的必要性

鬧龍河水庫上游流域形狀呈狹長型，支流多且分布均勻。洪水主要由暴雨形成，河道比降較大，洪水來勢急，起漲時間短，洪水歷時一般為5～7 d;下游受河道地形及烏裕爾河回水頂托影響，洪水比降變緩流速減小，一次洪水歷時10～15 d。洪水預(yù)見期較短，給防洪和供水優(yōu)化調(diào)度帶來較大難度。鬧龍河水庫下游保護(hù)綏北公路、濱北鐵路和我市與克東5個村屯、2 000 hm2農(nóng)田，水庫對烏裕爾河中上游防洪效益顯著，可將20 a一遇洪峰流量212 m3/s削減為130 m3/s，可將1 000 a一遇洪峰流量748 m3/s削減為530 m3/s，鬧龍河水庫是我省納入全國防洪重點中型水庫之一，防洪任務(wù)繁重。流域內(nèi)現(xiàn)狀無水文、水位、雨量站，無法預(yù)測洪水。而水文自動測報系統(tǒng)能自動采集雨量、水位等信息，存儲容量一般為90 d、180 d、360 d的信息量，并留有15～30 d的富余量，能將采集到的水文數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)街行恼?。中心站具備實時數(shù)據(jù)接收、處理和對測站監(jiān)控的功能，自動完成不同方案預(yù)報。因此，為確保水庫的安全運行和調(diào)度運用，建立水文自動測報系統(tǒng)非常必要。

3 遙測站網(wǎng)布設(shè)

水雨情測報系統(tǒng)工作的重要前提是合理布設(shè)遙測站網(wǎng)，它關(guān)系到測報系統(tǒng)的規(guī)模、體制、傳輸方式和軟件水平。站網(wǎng)布設(shè)原則:①以滿足控制測區(qū)水、雨情變化和預(yù)報、調(diào)度為目標(biāo);②為控制流域內(nèi)暴雨變化梯度，中上游應(yīng)多設(shè)遙測雨量站，可不設(shè)水文站;③所設(shè)代表性雨量站，既滿足通信要求、又能取得代表性較好的降水資料;④無人值守、委托管理的遙測站，盡可能設(shè)在靠近居民點、交通方便、便于維護(hù)看管的地點。

本系統(tǒng)共設(shè)1個中心站、1個水文站、3個水位站、4個遙測雨量站。遙測雨量站平均每站控制約70 km2。水位站設(shè)在壩上1處，觀測庫區(qū)水位兼測雨量，應(yīng)設(shè)在不受水庫泄流影響的地段。水庫上游支流水位站，設(shè)在水庫回水末端的路橋附近，可通過水位流量觀測，建立關(guān)系曲線，推算來水量。水文站設(shè)在壩下泄洪渠平穩(wěn)水流段上，負(fù)責(zé)出庫水量、壩下河道水位、蒸發(fā)等水文氣象觀測，中心站設(shè)在鬧龍河水庫管理處，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的資料收集、整理、報汛和管理，另外中心站具有遙控各雨量站、水文站、水位站的數(shù)據(jù)傳輸功能。詳見表1。

表1 鬧龍河水庫水文自動測報系統(tǒng)站點布設(shè)一覽表

4 設(shè)備配置及軟件功能

測報系統(tǒng)設(shè)備包括傳感器、通信設(shè)備、遙測終端機(jī)、前置通信控制機(jī)、計算機(jī)及其外設(shè)等主要設(shè)備，以及電源、避雷裝置和用于系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維修的多功能測試儀等輔助裝置。

軟件功能是:①數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)應(yīng)能完成對收到的遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、校驗、存儲，編制水文圖表，以及實現(xiàn)預(yù)報、調(diào)度作業(yè)，向上級和外系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。②應(yīng)用軟件的主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、洪水預(yù)報、洪水調(diào)節(jié)計算、數(shù)據(jù)庫管理及水務(wù)計算等。它包括數(shù)據(jù)管理軟件、存儲和輸出軟件、水文預(yù)報軟件、洪水調(diào)節(jié)計算軟件、水務(wù)計算軟件、多媒體軟件和向上級管理部門提供水情信息及成果的通信軟件等。測報系統(tǒng)科學(xué)合理配置設(shè)備，中心站實時進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，有效發(fā)揮軟件功能，完成系統(tǒng)自動測報任務(wù)。

5 測報系統(tǒng)土建工程的確定

測站站址選擇滿足水文信息的需要、滿足通信條件，還要考慮交通條件。測站土建工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn):水庫壩上遙測水位站量程從死水位至校核洪水位;壩下水位站量程從最低水位至校核洪水最大泄量對應(yīng)的水位;河道遙測水位站量程為從水位觀測期間河流最低水位至堤防高;無堤防的河道遙測水位(水文)站，按照遙測站的重要程度，可選擇從水位觀測期間的最低水位至高于50～100 a一遇的洪水位。測站土建工程的高程系統(tǒng)應(yīng)與所在水庫工程的高程系統(tǒng)一致。

測站站房要求堅固，其基礎(chǔ)應(yīng)在凍土層以下，并做到防盜、防雷、防凍、防震、防雨水浸入。站房采用環(huán)形均衡電位地網(wǎng)，接地電阻＜4Ω，設(shè)備地網(wǎng)和避雷地網(wǎng)分開建設(shè)，兩地網(wǎng)相距5 m以上，遙測雨量站采用金屬筒式結(jié)構(gòu)。

6 鬧龍河水庫水文自動測報系統(tǒng)方案實施效果

6.1 遙測站網(wǎng)布局合理

①鬧龍河水庫壩址以上雨量站平均站網(wǎng)密度為70 km2/站，可基本滿足雨量計算要求;②雨量站控制高程在260～335 m，可滿足對山區(qū)、半山區(qū)雨情控制要求;③各遙測雨站控制范圍相對合理，交通通信條件較好，各主要支流上都設(shè)有雨量站控制，滿足觀測流域內(nèi)水、雨情變化要求。本次布設(shè)的遙測站網(wǎng)布局合理，代表性較好。

6.2 組網(wǎng)方案優(yōu)化

鬧龍河水庫水文自動測報系統(tǒng)的通信采用無線移動通信(GSM)，能充分利用現(xiàn)有資源及當(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成果，建成后便于運行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實用。具有覆蓋面廣、網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)、通信費用低、不受地域限制、數(shù)據(jù)實時性高等優(yōu)點。

6.3 測報系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)

系統(tǒng)設(shè)計采用自報式體系，自動向中心站發(fā)送信息的工作方式。系統(tǒng)中的遙測站按設(shè)定的時間間隔或當(dāng)被測參數(shù)發(fā)生一個規(guī)定量值變化時，自動向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接收端設(shè)備始終處于值守狀態(tài)。

本測報系統(tǒng)建立后可實時準(zhǔn)確提供水庫上游干支流以及區(qū)間的水雨情信息，實現(xiàn)對壩址以上流域水雨情信息的及時采集和預(yù)報，使遙測和遙控水情技術(shù)在鬧龍河水庫防洪調(diào)度、水資源合理利用上發(fā)揮先導(dǎo)作用，顯示了以往水文信息采集、傳輸、處理手段所不可比擬的優(yōu)越性，為水庫控制運用、安全度汛和下游防洪提供了信息保障。

［1］ 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院.黑龍江省北安市鬧龍河水庫工程水文自動測報系統(tǒng)及大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計院，2009.