水利水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用

韋生俊

（武鳴縣那打水庫(kù)管理所，廣西 武鳴530199）

0 引言

水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)可準(zhǔn)確掌握水情信息，了解水電站能源情況，作為水利調(diào)度和防洪工作的主要依據(jù)，從而保證水電站安全運(yùn)行，在現(xiàn)代化水利工程中起著重要作用。以往多依靠人工觀測(cè)來采集水文水情信息，容易出現(xiàn)誤差，且觀測(cè)難度較大。隨著水利信息化技術(shù)水平的提升，水情遙測(cè)系統(tǒng)得以改善，測(cè)量準(zhǔn)確度及數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量不斷提高，能夠有效解決調(diào)度失衡、控制不佳等問題。

1 水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)組成

水情自動(dòng)化測(cè)報(bào)系統(tǒng)主要包括中心站、遙測(cè)站、中繼站三部分，中心站多位于水庫(kù)調(diào)度中心，控制系統(tǒng)各項(xiàng)操作；遙測(cè)站又可分為水位雨量站、雨量站等，多呈網(wǎng)狀布置，確保能夠全面采集監(jiān)測(cè)水情信息，以滿足水庫(kù)安全需要；中繼站又叫遙感傳遞中繼站，多布設(shè)于視野開闊、通訊順暢的高地，負(fù)責(zé)信息的中轉(zhuǎn)。系統(tǒng)工作原理為：遙測(cè)站利用傳感器采集水位水情信息后，通過無線通信裝置將信息報(bào)告?zhèn)魉椭量刂浦行恼?，控制中心接收后?duì)其進(jìn)行分析處理。

1.2 作用

水電站具有發(fā)電、防洪、灌溉等諸多用途，一切都要借助水能，所以務(wù)必要準(zhǔn)確全面地掌握水情變化，才能加以利用。傳統(tǒng)人工觀測(cè)法在獲取相關(guān)信息后，通過電話、電報(bào)等方式傳遞，觀測(cè)量大、耗時(shí)長(zhǎng)、傳遞速度慢，完成整個(gè)過程至少也要幾個(gè)小時(shí)，且觀測(cè)精度沒有保證。尤其是在洪汛期，一旦出現(xiàn)信息錯(cuò)誤，極易引發(fā)安全問題。而水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)則集現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)、遙感技術(shù)于一體，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。在內(nèi)容上，除了觀測(cè)水位變化、降雨量，還能獲取水流量、流速、蒸發(fā)量、轉(zhuǎn)向水位等信息；在通信方式上，無線網(wǎng)、衛(wèi)星有線等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了24h高精度信息傳輸。此外，系統(tǒng)參數(shù)容易控制，硬件可進(jìn)一步開發(fā)，為維護(hù)系統(tǒng)提供了有利條件，還能將水情信息量化，作用巨大。

2 水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)在水利工程中的實(shí)際應(yīng)用

2.1 工程實(shí)例

某市建有2座中型水電站，1995年A水電站首先安裝了水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過2年實(shí)踐，取得良好效果，如水流水位測(cè)量精確度提升、信息更加全面。1997年B水電站安裝了改良后的水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)，在當(dāng)年汛期試運(yùn)行，效果顯著。2座水電站水情遙測(cè)系統(tǒng)共布設(shè)有2個(gè)中心站，4個(gè)中繼站，8個(gè)遙測(cè)站。進(jìn)入新世紀(jì)后，系統(tǒng)硬件不斷升級(jí)，同時(shí)對(duì)許多現(xiàn)代化高科技都有應(yīng)用，在多年實(shí)踐中質(zhì)量較有保障，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均能滿足精度標(biāo)準(zhǔn)。如系統(tǒng)誤碼率規(guī)定值為1%，該系統(tǒng)多年平均值僅為0.1%；系統(tǒng)運(yùn)行通暢率規(guī)定值為95%，該系統(tǒng)平均值達(dá)99%。多年平均數(shù)據(jù)接收成功率為99.8%，系統(tǒng)平均年故障次數(shù)8次。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 信息采集模塊

該市水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)在2005年已改善成為GPRS組網(wǎng)，用于傳輸降雨量、水位、流速等信息。以水位采集為例，遙測(cè)終端利用定時(shí)自報(bào)功能，每隔5min對(duì)水位信息進(jìn)行一次采集，CPU將記錄寫入固態(tài)存儲(chǔ)器后，設(shè)備進(jìn)入休眠狀態(tài)。水位加報(bào)有警戒水位和加報(bào)水位兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一旦達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)，通過短信即可完成水位設(shè)置、定時(shí)間隔設(shè)置等工作。遙測(cè)終端配置有大容量非易失存儲(chǔ)模塊，可保存2年的采集數(shù)據(jù)，GPRS遙測(cè)、U盤等方式都可讀取。另外，當(dāng)收到修改命令后，相關(guān)參數(shù)和設(shè)置會(huì)自動(dòng)修改，并讀出進(jìn)行核對(duì)。

2.2.2 數(shù)據(jù)終端模塊

對(duì)其有一定要求，不但要保持低功耗及較高的穩(wěn)定性，而且要能方便地?cái)U(kuò)充傳感器接口數(shù)量和類型，變化數(shù)據(jù)傳輸格式。另外通過參數(shù)設(shè)定需能夠定義傳感器或通信接口的輸出輸入。以通信接口為例，可在現(xiàn)場(chǎng)，也可通過遠(yuǎn)程對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行定義，更重要的是通信接口可同時(shí)連接兩種以上的設(shè)備。此外還要配置GPRS通信裝置和防雷裝置。

2.2.3 信息處理查詢模塊

建立有專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，可存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)、圖形、文字和音視頻資料，且對(duì)雨量、水位、耗水率等都信息有自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，包括時(shí)段統(tǒng)計(jì)、日統(tǒng)計(jì)、月統(tǒng)計(jì)和年度統(tǒng)計(jì)。除了告警、數(shù)據(jù)更新維護(hù)功能，模塊還具備查詢檢索功能，時(shí)時(shí)對(duì)以往信息和歷史資料進(jìn)行搜索。此外，流量關(guān)系曲線、流域圖、降雨量累計(jì)曲線圖等各種靜態(tài)圖表和動(dòng)態(tài)監(jiān)視圖都能打印。

2.2.4 洪水預(yù)報(bào)和調(diào)度模塊

可在線預(yù)報(bào)，也提供離線預(yù)報(bào)，洪水預(yù)報(bào)內(nèi)容主要有洪峰流量、總量和洪峰時(shí)間等。模塊還顯示預(yù)報(bào)窗口，能夠列出預(yù)報(bào)單元選擇、參數(shù)設(shè)置。若系統(tǒng)處于狀態(tài)，因?yàn)樵撃K主要功能在控制中心站，所以只要主控制站還在運(yùn)行，模塊就仍能預(yù)報(bào)。另外，模塊實(shí)時(shí)在進(jìn)行洪水調(diào)度驗(yàn)算，并提供有人機(jī)界面窗口，輸入設(shè)定參數(shù)便可確定泄流過程。

2.2.5 水務(wù)計(jì)算模塊

系統(tǒng)在水量平衡原理的基礎(chǔ)上，以水情遙測(cè)信息、閘門運(yùn)行狀況、機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)以及NHQ曲線、庫(kù)容曲線等資料為主要依據(jù)，按照設(shè)定好的時(shí)間間隔，通過各種算法和公式進(jìn)行自動(dòng)定時(shí)計(jì)算，最終得到發(fā)電流量、出庫(kù)入庫(kù)流量、平均降雨量、耗水率等結(jié)果，并記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示在人機(jī)操作界面。

2.3 實(shí)際應(yīng)用

該水電站在防洪中極為重要，首先要全面精確地采集有關(guān)信息，作為防洪調(diào)度依據(jù)。系統(tǒng)采集信息時(shí)間短、信息多、精確度高，而且能夠快速將所得信息發(fā)送至計(jì)算機(jī)中心，體現(xiàn)了良好的時(shí)效性。調(diào)度控制中心在接受信息后可迅速安排各項(xiàng)工作。為了對(duì)水情做出快速正確的分析，需建立預(yù)報(bào)調(diào)洪的計(jì)算機(jī)模型，再配以遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行微機(jī)處理，可得到洪峰流量、洪水總量等信息，并對(duì)最大泄量、最高庫(kù)水位進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.4 應(yīng)用效果

以該市2002年洪水為例，預(yù)報(bào)值與實(shí)際誤差情況如下：最大入庫(kù)流量（m3/s）：誤差4.2%；最高庫(kù)水位（m）：誤差0.3‰；最大泄洪流量（m3/s）：誤差3‰；最大泄洪流量（m3/s）：誤差0.8%。該技術(shù)經(jīng)實(shí)踐與專家鑒定，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)精度方面是可靠的，減少了人工觀測(cè)誤差，保證了采集的水文信息的準(zhǔn)確性。

應(yīng)用遙測(cè)系統(tǒng)后，各雨量遙測(cè)站的雨量可直傳控制中心站，幾乎無時(shí)間差。 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)作，從根本上改變了人工觀測(cè)的技術(shù)落后原始的觀測(cè)方法，極大地提高了工作效率和科技含量，解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力，同時(shí)也避免了人工觀測(cè)的不安全等因素。

運(yùn)用預(yù)報(bào)調(diào)洪模型軟件進(jìn)行微機(jī)處理的科學(xué)調(diào)洪方法，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確精度高，能夠成功的削減洪峰和安全錯(cuò)峰，極大地發(fā)揮了該站防洪減災(zāi)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

水利水情自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地提供水文水情信息，使水利工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到最大發(fā)揮，為人類做貢獻(xiàn)。隨著現(xiàn)代化高科技的不斷更新，系統(tǒng)也應(yīng)及時(shí)完善配套設(shè)施，逐漸朝智能化方向邁進(jìn)，以推動(dòng)我國(guó)水利事業(yè)有進(jìn)一步發(fā)展。

［1］張鴻,王東,王弛.水情遙測(cè)系統(tǒng)在水庫(kù)科學(xué)調(diào)度中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2012,40(11)：238-239.

［2］曾祥東.水情水調(diào)自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)在水電站中中的應(yīng)用[J].科技傳播,2012,24(03)：143-145.

［3］鐘慧娟.水電站中水情水調(diào)自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].江西建材,2014,20(17)：115.

［4］張毅,季衛(wèi)東.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在黛溪水電站的應(yīng)用[J].水電廠自動(dòng)化,2010,31(03)：71-72.

［5］李榮,王幫明.小型水電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)存在的問題及解決方法研究[J].科技視界,2012,21(29)：430.