鬧得海水庫水文自動測報系統(tǒng)優(yōu)化改造

楊浩

（遼寧省鬧得海水庫管理局，遼寧 阜新 123000）

1 遙測站網(wǎng)現(xiàn)狀

鬧得海水庫水文自動測報系統(tǒng)始建于1989年。該系統(tǒng)的遙測站網(wǎng)由13個遙測雨量站和1個遙測水位站組成。13個遙測雨量站分別是：石門子、白音他拉、哈達(dá)營子（舊廟）、白銀花、水泉、扣河子、福興地、三家子、養(yǎng)畜牧、六家子、白廟子、庫倫、鬧得海；1個遙測水位站為鬧得海水庫的壩上遙測水位站。所有測站數(shù)據(jù)都經(jīng)過阿其馬山中繼站將數(shù)據(jù)傳送至中心站。中心站設(shè)在鬧德海水庫管理局。水情自動測報系統(tǒng)工作體制為自報式，通訊方式為超短波。

2 改造的必要性

系統(tǒng)老化不能實現(xiàn)自動測報:

系統(tǒng)自建成以來，由于缺乏這方面專業(yè)培訓(xùn)，維修跟不上，加之設(shè)備老化和通訊方式單一，近幾年水庫的遙測系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生錯報、漏報、死機、通訊信號中斷等情況，經(jīng)常是邊修邊壞，邊用邊壞。因此系統(tǒng)需要改造。

3 洪水預(yù)報方案的要求

水文自動測報系統(tǒng)覆蓋范圍：由于鬧得海水庫以下各防洪地點，對鬧得海水庫的洪水調(diào)度無特殊要求，水庫洪水調(diào)度原則主要根據(jù)水庫任務(wù)和水庫安全制定。因此水文自動測報系統(tǒng)覆蓋范圍可確定為鬧得海水庫壩址以上區(qū)域。該區(qū)域控制流域面積4 051 km2，共有3條較大支流：扣河子河、烏根稿河及養(yǎng)畜牧河匯入水庫。其中柳河石門子水文站以上控制流域面積為2 405 km2，占水庫壩址以上流域面積的59%；養(yǎng)畜牧河三家子水文站以上控制流域面積為825 km2，占水庫壩址以上流域面積的20%；烏根稿河白廟子水文站以上控制流域面積為341 km2，占水庫壩址以上流域面積的8.4%。上述區(qū)域為水文自動測報系統(tǒng)站網(wǎng)覆蓋的主要地區(qū)。

3.2 水文預(yù)報方案的選擇

3.2.1 洪水預(yù)見期分析

洪水預(yù)報主要分為降雨徑流預(yù)報和河段預(yù)報兩種方法。降雨徑流預(yù)報根據(jù)被預(yù)報地點以上流域的實測降雨情況，預(yù)報被預(yù)報地點的洪水情況；河段預(yù)報根據(jù)被報地點上游水文站的實測流量（或水位）情況，預(yù)報被預(yù)報地點的流量（或水位）情況。不同的預(yù)報方法，其洪水預(yù)見期不同。

1）鬧得海水庫降雨徑流預(yù)報方法的洪水預(yù)見期分析。主要根據(jù)鬧得海以上流域較大水年的次降雨情況，通過統(tǒng)計各站3 d暴雨量來確定降雨中心位置。而各次降雨中，鬧得海以上大區(qū)域的面平均降雨過程最大時段降雨發(fā)生時間與降雨中心地區(qū)的最大時段降雨發(fā)生時間又是基本一致的。因此可以統(tǒng)計出降雨中心的時段最大降雨量發(fā)生的時間，與鬧得海水庫站天然洪峰發(fā)生時間之差即為降雨徑流預(yù)報方法提供的洪水預(yù)見期，詳見表1。

2）鬧得海水庫河段預(yù)報方法的洪水預(yù)見期分析。根據(jù)鬧得海水庫上游3個支流上的石門子、三家子和白廟子水文站的實測洪峰發(fā)生時間，對應(yīng)鬧得海水庫實測洪峰發(fā)生時間，可分別求出上述3站至鬧得海水庫的洪峰傳播時間，該洪峰傳播時間即為鬧得海水庫的河段預(yù)報方法的洪水預(yù)見期。表2列出了根據(jù)數(shù)十場洪水的統(tǒng)計情況，各站各場次洪水至鬧得海水庫的洪峰傳播時間多在6 h左右，個別場次洪水洪峰傳播時間有所縮短或增長。

表1 降雨徑流預(yù)報洪水預(yù)見期分析表

表2 河段預(yù)報洪水預(yù)見期分析表

3.2.2 預(yù)報方案的選擇

根據(jù)前面所述，采用降雨徑流的預(yù)報方法具有可獲得較長的（10～13 h）洪水預(yù)見期的優(yōu)點。采用河段預(yù)報方法，雖然其洪水預(yù)見期相對較短（6 h），但由于石門子、三家子和白廟子3個水文站基本控制住了鬧得海水庫以上接近90%面積，其實測的洪水信息作為預(yù)報值具有精度較高的特點。

綜合分析認(rèn)為，鬧得海水庫的洪水預(yù)報應(yīng)采用：以降雨徑流的預(yù)報方法為主，河段預(yù)報方法為輔的預(yù)報方案。目前水庫自動測報網(wǎng)站密度與水文站測報速度均不能滿足上述兩種預(yù)報方案的要求。

4 遙測站網(wǎng)規(guī)劃論證

4.1 擬增遙測站

該水文自動測報系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)已建的水文站、雨量站在各個時期變化較大。20世紀(jì)50年代只有2個雨量站（其中1個水文站）；60—70年代雨量站逐漸增加到13個（其中包括4個水文站）；到80年代以后雨量站基本穩(wěn)定在18個（其中包括4個水文站）?，F(xiàn)有水文站點布局合理，觀測資料年限較長，控制了本系統(tǒng)所在流域的來水。雨量站分布比較均勻，主要支流和暴雨高值區(qū)站點較多，對降水的時空分布控制亦較好。

由于原水文自動測報系統(tǒng)中僅有遙測雨量站點13個，遙測水位站僅鬧得海水庫的壩上1個，其站網(wǎng)密度等條件即滿足不了規(guī)范要求也滿足不了所擬定洪水預(yù)報方案的要求。此次擬增設(shè)的遙測站考慮原則：①能掌握暴雨的時空變化和得到符合精度要求的面雨量；② 能滿足本系統(tǒng)配置預(yù)報方案對水情信息的要求；③站點信道通暢，交通方便利于管理；④ 水位水文站用原址，雨量站盡量用原址，以保持歷史觀測資料的連續(xù)性；⑤考慮以后為建立流域水文模型提供一些參數(shù)依據(jù)。

1）擬增設(shè)的遙測雨量站7個，其中5個站是在原有人工觀測雨量站（平安、格爾林、先進、哈爾稿、滿斗營子）的基礎(chǔ)上增設(shè)遙測雨量裝置；另外2個在白塔子、下沙巴爾臺新建遙測雨量站。

2）擬增設(shè)的遙測水位站3個。這3個遙測水位站均為在原有的石門子、白廟子、三家子水文站觀測斷面位置增設(shè)遙測水位裝置。在原水文自動測報系統(tǒng)中，上述水文站人工觀測的水位和流量數(shù)據(jù)，需通過人工置數(shù)的方式傳入系統(tǒng)中心。此次增設(shè)遙測水位裝置后，遙測水位數(shù)據(jù)可自動及時地傳入系統(tǒng)中心。人工觀測的流量數(shù)據(jù)仍需通過人工置數(shù)的方式傳入系統(tǒng)中心。系統(tǒng)中心可以根據(jù)水位～流量關(guān)系，依照水位推算流量。增設(shè)遙測水位站后不僅可以提高河段洪水預(yù)報方案的時效性；同時亦可對降雨徑流預(yù)報方案的預(yù)報過程進行實時校正，借以提高降雨徑流預(yù)報方案的預(yù)報精度。

3）擬增設(shè)GPRS備用信號傳輸通道。超短波信號傳輸通道易受林木生長、新建建筑物影響，增加GPRS備用通道可以大大提高信號傳輸保證率。各個遙測站點均加裝GPRS通訊卡。

4.2 遙測雨量站網(wǎng)的論證

增設(shè)站點之后的水情自動測報系統(tǒng)包括了20個遙測站，分布均勻且較密集，可以從站網(wǎng)分布密度、3 d面暴雨量對比和站網(wǎng)分布3個方面來說明增設(shè)測站的合理性。

1）站網(wǎng)分布密度的論證。根據(jù)SL34-92《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》，對于鬧得海水庫以上的控制面積（4 051 km2），其配套雨量站網(wǎng)密度應(yīng)在190～250 km2/站，現(xiàn)增設(shè)至20個遙測站，分布密度為202.55 km2/站，符合規(guī)范的密度要求。

2）3 d面暴雨量的論證。根據(jù)測站和資料情況，只對1985，1986，1987年3年中各2次較大降雨的3 d面雨量進行了統(tǒng)計對比（13個原遙測站和20個增設(shè)后測站與現(xiàn)有18個雨量站的對比），詳見表3。統(tǒng)計表明，增設(shè)測站后可以減少面雨量誤差，更接近暴雨的真實情況，特別對于空間分布不均勻的局部暴雨提高精度更為明顯。

3）站網(wǎng)分布論證。從表4可以看出本次增加的測站主要分布在南部柳河石門子以上的暴雨高值區(qū)域和北部養(yǎng)畜牧河三家子以上的局部暴雨多發(fā)區(qū)域，這樣布設(shè)能夠較好的控制暴雨的時空變化和求得足夠精度的面雨量。

增加測站后，鬧得海水文自動測報系統(tǒng)遙測站網(wǎng)由20個遙測雨量站和4個遙測水位站構(gòu)成。新系統(tǒng)采用超短波和GPRS雙信道傳輸信號，保證率高。新站網(wǎng)可以在點密度和觀測、傳輸速度方面滿足降雨徑流預(yù)報和河段流量預(yù)報兩種預(yù)報方法的要求。

表3 3 d面雨量統(tǒng)計表 mm

表4 遙測雨量站點分布統(tǒng)計表