五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

李　達(dá)，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

李達(dá)，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

摘要：五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)控制面積650.0 km2，根據(jù)水文自動測報(bào)站網(wǎng)布設(shè)原則，五道庫水電站設(shè)置中心站1處、入庫站1處、出庫站1處、遙測雨量站6處和壩上水位站1處。根據(jù)五道庫水電站水文自動測報(bào)站點(diǎn)布設(shè)的實(shí)際情況，通過對超短波通信、有線通信、無線移動通信、衛(wèi)星通信等4種通信方式的比選，擬選用北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)的通信方式，并對五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)方案進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：水文自動測報(bào)；GPRS通信；衛(wèi)星通信；北斗衛(wèi)星

0前言

五道庫水電站是一座引水式電站，壩址位于湯旺河支流五道庫河中游，伊春市美溪區(qū)東北約20.0 km處，是一座以發(fā)電、供水為主，兼顧森林防火等綜合利用的水利水電樞紐工程。電站裝設(shè)水輪發(fā)電機(jī)3臺，單機(jī)容量2.0 MW，總裝機(jī)6.0 MW。電站多年平均發(fā)電量1294×104kW·h，年裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)2 157 h，保證出力707 kW。水庫正常蓄水位303.00 m，庫容9388×104m3，調(diào)節(jié)庫容6037×104m3。水庫集水面積650.0 km2，該區(qū)域內(nèi)湯旺河流域的降水量較豐沛，多年平均降水量600 mm左右，流域下游晨明水文站多年平均降水量為577.1 mm。降水量的年內(nèi)分配不均，6—9月降水量占全年的75%以上，降水量在年際之間豐枯變化明顯，最大年降水量888.4 mm，最小年降水量297.3 mm。為了保證水庫大壩安全，滿足水庫調(diào)度需要， 建立五道庫水電站水情自動測報(bào)系統(tǒng)。根據(jù)水文自動測報(bào)站網(wǎng)布設(shè)原則，五道庫水電站設(shè)置中心站1處、入庫站1處、出庫站1處、遙測雨量站6處和壩上水位站1處[1]。

1通信方式

水文自動測報(bào)系統(tǒng)通信方式主要有超短波通信、有線通信、無線移動通信、衛(wèi)星通信等4種方式：

1.1超短波通信

超短波通信是一種地面可視通信系統(tǒng)，利用1~10 m波長的電磁波進(jìn)行視距傳輸。當(dāng)通信距離超過視距時(shí)，則利用中繼站進(jìn)行接力通信。

1.2有線通信

有線通信時(shí)利用公用電話交換網(wǎng)絡(luò)(PSTN)的信道資源，它具有設(shè)備簡單、入網(wǎng)方式簡單靈活、適用范圍廣、傳輸質(zhì)量較高、通信費(fèi)用低廉等優(yōu)點(diǎn)。但測報(bào)系統(tǒng)遙測站大部分地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，因此無法采用該通信方式。

1.3無線移動通信

GPRS(General Packet Radio Service)即通用分組無線業(yè)務(wù)，它是利用“分組交換”(Packet—Switched)技術(shù)，在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展出的一套無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS服務(wù)按流量計(jì)費(fèi)，費(fèi)用低廉，無漫游費(fèi)，可實(shí)現(xiàn)永遠(yuǎn)在線方式的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

1.4衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信覆蓋范圍大、傳輸距離遠(yuǎn)、通信質(zhì)量好、受地形和氣候的影響小、組網(wǎng)靈活、擴(kuò)容方便，可為眾多遙測站提供數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。它克服了超短波通信易受地形和測距限制的不利因素，成為目前水文自動測報(bào)系統(tǒng)先進(jìn)、穩(wěn)定的通信方式。常用的衛(wèi)星通信方式主要有Inmarsat—C系統(tǒng)、Vsat同步衛(wèi)星系統(tǒng)、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)等3種方式。

2通信方式選擇

五道庫水電站水文自動測報(bào)站網(wǎng)中只有中心站及壩上水位站處于移動通信覆蓋區(qū)，其他站點(diǎn)均處于林區(qū)，移動通信信號無法覆蓋。由于通信距離較長，超短波通信需要設(shè)置多級中繼站，建設(shè)及維護(hù)費(fèi)用較高、通信質(zhì)量無法保證。GPRS通信要利用移動通信網(wǎng)的基站，移動信號未覆蓋的林區(qū)無法保證系統(tǒng)通信的可靠性及安全性。

衛(wèi)星通信的通信質(zhì)量、可靠性、實(shí)時(shí)性完全能滿足五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)的要求。Vsat同步衛(wèi)星通信設(shè)備大多使用Ku頻段，存在雨衰現(xiàn)象，在降雨等惡劣天氣下，易造成通信中斷，通信質(zhì)量難以保證，對系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性降低。Inmarsat—C系統(tǒng)的信道資源占用趨于飽和，通信暢通率下降，運(yùn)行費(fèi)用比北斗系統(tǒng)高。

北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是我國自主開發(fā)并具有完全知識產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星系統(tǒng)，具有信息暢通效率高、能夠短時(shí)間搜集大容量數(shù)據(jù)、遙測站便于安裝和維護(hù)、低功耗和抗雨衰等特點(diǎn)。該系統(tǒng)已成功運(yùn)行于國內(nèi)多家水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)，具有成功的建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

考慮到充分利用現(xiàn)有資源和當(dāng)今通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢，以及系統(tǒng)建成后便于運(yùn)行管理，保證本系統(tǒng)信息流暢、有效和實(shí)用，節(jié)省投資，確保系統(tǒng)的可靠性，本次設(shè)計(jì)采用北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)的通信方式[2]。

它具有點(diǎn)波束，使得衛(wèi)星站設(shè)備的體積和功耗大大減小，成本下降。通信采用L波段，此頻段雨衰小，在惡劣的天氣情況下，能保證通信的暢通。通信具有雙向性，中心站可對各遙測站進(jìn)行遠(yuǎn)地編程、巡測和召測。

3通信組網(wǎng)方案

水文自動測報(bào)系統(tǒng)由遙測站、中心站和北斗民用網(wǎng)管中心組成。中心站可以接入互聯(lián)網(wǎng)與其他中心站及上級主管部門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和雙向數(shù)據(jù)傳輸。中心站與遙測站構(gòu)成一點(diǎn)對多點(diǎn)的傳輸模式。中心站與北斗衛(wèi)星用戶終端相連接，遙測站采用北斗衛(wèi)星通信終端，組成自動測報(bào)通信網(wǎng)。遙測站根據(jù)不同的回執(zhí)信息自動轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)或重新發(fā)送水情信息[3]。

4監(jiān)測站設(shè)備配置

水文自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備主要包括傳感器、通信設(shè)備、遙測終端機(jī)、計(jì)算機(jī)等設(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。五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備見表1。

表1　五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)設(shè)備表

5結(jié)語

水文自動測報(bào)系統(tǒng)通過自動采集、傳輸和處理實(shí)時(shí)水文信息，并通過水文預(yù)報(bào)，為五道庫水電站工程防洪調(diào)度、水資源合理利用等提供科學(xué)的決策依據(jù)。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是目前水利上比較成熟的、費(fèi)用合理的衛(wèi)星通訊系統(tǒng)。五道庫水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)采用衛(wèi)星通信方式，是黑龍江省在水文自動測報(bào)系統(tǒng)上的第一次應(yīng)用。在水電站水文自動測報(bào)系統(tǒng)中的應(yīng)用逐年增多，將成為以后水文自動測報(bào)系統(tǒng)通信的首選。

參考文獻(xiàn)：

[1]黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省伊春市五道庫水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2012.

[2]王鐵鋒，趙學(xué)民.水利水電工程水文自動系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[3]張建云，唐鎮(zhèn)松，姚永熙.水文自動測報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[作者簡介]李達(dá)(1983- )男，吉林松原人，工程師；葉江南(1981- )，男，福建壽寧人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：P332

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)10-0049-02