長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)總體設(shè)計探討

唐建榮，王 琦

（1.中國能源建設(shè)集團廣西電力設(shè)計研究院有限公司，南寧 530007；2.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710060）

長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)總體設(shè)計探討

唐建榮1，王 琦2

（1.中國能源建設(shè)集團廣西電力設(shè)計研究院有限公司，南寧 530007；2.中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710060）

介紹了長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、范圍、站網(wǎng)布設(shè)及水文預(yù)報方案，根據(jù)長洲水利樞紐和所在流域的特點，在已建“西江預(yù)報系統(tǒng)”和已建電站水情自動測報系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造建設(shè)長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)，可以降低成本避免大量重復(fù)投資。該系統(tǒng)對樞紐水情進行自動預(yù)報的同時，還兼顧了庫區(qū)防護片的水位及雨情預(yù)報，達(dá)到一個系統(tǒng)多個應(yīng)用的目的。

水情；自動測報；預(yù)報；遙測站；站網(wǎng)；長洲水利樞紐

1 概述

長洲水利樞紐位于珠江流域西江水系干流潯江河段，下距梧州市區(qū)約12km，是西江下游廣西境內(nèi)的最后一個梯級。樞紐橫跨兩島三江，大壩總長3.5km，最大壩高56m，共安裝15臺單機42 MW的燈泡貫流式機組，總裝機容量630 MW，壩址以上集水面積為308 600km2，占西江流域面積的87.4％。流域水系圖見圖1。

圖1 長洲水利樞紐流域水系圖

長洲水利樞紐是一座以發(fā)電為主，兼有航運、灌溉等綜合利用效益的大型水利樞紐，是國家“西電東送”計劃和廣西實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重點項目。在同類型水電站中，其大壩最長、船閘規(guī)模巨大、機組最多、水輪機轉(zhuǎn)輪直徑和容量為世界第一。

2 系統(tǒng)建設(shè)的必要性

（1）長洲水利樞紐是廣西桂東地區(qū)唯一大型骨干電源，不但可為桂東發(fā)展提供充足電力，而且有效改善廣西電網(wǎng)電源布局和潮流結(jié)構(gòu)，大幅度提高電網(wǎng)運行的安全可靠性和經(jīng)濟性，同時還是“西電東送”主通道的主要支持電源點。

（2）長洲水利樞紐渠化桂平以下干流航道159km，淹沒險灘22處，將大幅度提高運輸能力、降低運輸成本，促進西江航運和地方經(jīng)濟的發(fā)展，是廣西區(qū)打造“黃金水道”的有效保障。

（3）長洲水利樞紐可解決潯江平原近百萬畝耕地的干旱威脅，有利于沿岸大規(guī)模發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，有利于加快西江兩岸的旅游業(yè)發(fā)展。

綜上所述，長洲水利樞紐興建在大江大河上，水庫運行方式必須首先服從國家防汛指揮中心和自治區(qū)防汛指揮中心的指揮，樞紐本身要滿足防汛需要，保證洪水期安全渡汛。其次才能考慮充分利用水能資源，爭取多發(fā)電，并要兼顧航運和灌溉，在滿足通航的條件下盡可能發(fā)揮電站在電網(wǎng)中的調(diào)峰作用，只有通過現(xiàn)代化的水情自動測報系統(tǒng)才能保證樞紐安全并實現(xiàn)和發(fā)揮其功能，因此建設(shè)長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)是完全必要的。

3 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)和范圍

3.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

水文自動測報系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)滿足工程任務(wù)的需要，根據(jù)長洲水利樞紐調(diào)度要求，長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)應(yīng)具有如下主要功能。

（1）滿足廣西電力調(diào)度關(guān)于水電站每日水情和負(fù)荷曲線預(yù)報的要求，至少能夠提前39h測報干流到達(dá)長洲水利樞紐壩址斷面的入庫流量，至少能夠提前18h測報區(qū)間到達(dá)長洲水利樞紐壩址斷面的入庫流量。

（2）能夠?qū)崟r測報長洲庫區(qū)、壩前、壩后水位，能夠?qū)崟r測報長洲水利樞紐的出庫流量。

（3）提供航運所需的水情信息。

（4）能夠滿足長洲水庫汛期動態(tài)水位調(diào)節(jié)的要求。

（5）庫區(qū)內(nèi)水情測站的布置應(yīng)盡量與庫區(qū)防護泵站、護坡護岸、電灌站或涵閘改造相結(jié)合，以便于施工和管理；適當(dāng)考慮庫區(qū)各排澇泵站運行的水情測報需求。

（6）采用Web的形式，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布、查詢并提供表格和圖形等顯示方式；滿足水庫概況、綜合實時水情信息、水庫計劃運行的信息、靜態(tài)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)信息等相關(guān)信息查詢與發(fā)布。

（7）滿足水情測報相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

3.2 系統(tǒng)建設(shè)范圍

（1）干流段建設(shè)范圍。本系統(tǒng)要求干流預(yù)報期不小于39h，根據(jù)西江流域主要水文站平均傳播時間統(tǒng)計，可知道長洲壩址以上各主要控制站到長洲壩址的傳播時間，滿足該條件的控制站見表1。由表1可知，用對亭站、紅花電站、橋鞏電站、貴縣站作為本系統(tǒng)的控制站可以滿足干流預(yù)報期不小于39h的要求，因此本系統(tǒng)的干流建設(shè)范圍定為以上各控制站到長洲壩址，即洛清江對亭站、柳江紅花電站、紅水河橋鞏電站、郁江貴縣站到長洲壩址之間，干流段建設(shè)范圍的流域面積為25 826km2。武宣站、大湟江口站預(yù)報期不足39h，但可用于校驗和修正本系統(tǒng)干流來水量。

表1 干流站點傳播時間表

（2）區(qū)間建設(shè)范圍。武宣站、貴縣站控制的集水面積分別為196 655km2和89 235km2，占長洲壩址以上的92.6％，所以長洲壩址的來水主要來自黔江武宣站以上和郁江貴縣站以上的來水組成，其來水量可以在下游大湟江口站得到預(yù)報，因此把大湟江口以下來水量較少的這部分流域作為區(qū)間流域考慮。因區(qū)間預(yù)報期要求不少于18h，根據(jù)傳播時間分析，大湟江口到壩址的傳播時間為21h，因此以大湟江口、岑溪、南渡、容縣、太平水文站和長洲壩址之間的雨量站遙測數(shù)據(jù)來預(yù)報區(qū)間的來水量，即以大湟江口、岑溪、南渡、容縣、太平水文站和長洲壩址之間作為本系統(tǒng)區(qū)間的主要建設(shè)范圍，其流域面積為12 328km2。

4 站網(wǎng)規(guī)劃

4.1 站網(wǎng)布設(shè)方案比較

西江流域水文部門已建有“西江中下游洪水預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)”（以下簡稱“西江預(yù)報系統(tǒng)”），其站網(wǎng)布設(shè)位置即該部門原人工觀測測站處，西江干支流已建的電站均建設(shè)了完善的水情測報系統(tǒng)，長洲水情測報系統(tǒng)的站網(wǎng)方案結(jié)合“西江預(yù)報系統(tǒng)”的站網(wǎng)和已建電站的水情測報系統(tǒng)，有3個站網(wǎng)方案可供選擇。

（1）方案一：對“西江預(yù)報系統(tǒng)”和已建電站的遙測站進行技術(shù)改造，增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，使之具備一站多發(fā)的功能。

（2）方案二：利用水文部門已建成的“西江預(yù)報系統(tǒng)”，由水文部門提供水情測報服務(wù)。

（3）方案三：新建所有遙測站和中心站。

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范要求，開展水情測報工作時，應(yīng)以現(xiàn)有水情站網(wǎng)為基礎(chǔ)布設(shè)水情遙測站網(wǎng)，在滿足測報要求前提下以最經(jīng)濟的系統(tǒng)規(guī)模和投資布設(shè)遙測站網(wǎng)。方案三由于投資太大，不宜采用?！拔鹘A(yù)報系統(tǒng)”的主要目的是防洪防汛，屬于水文部門所有，其系統(tǒng)功能不能完全達(dá)到樞紐水情預(yù)報的要求，且對其管理和運行均無法控制，從而無法確保樞紐得到連續(xù)、及時、準(zhǔn)確、可靠的水情預(yù)報結(jié)果，因此也不宜采用方案二。而方案一則完全滿足國家規(guī)范和長洲水利樞紐的預(yù)報要求，因此在與水文部門和相關(guān)電站主管部門協(xié)商后長洲樞紐站網(wǎng)布設(shè)選擇方案一。

4.2 站網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)站網(wǎng)布設(shè)方案和現(xiàn)場察勘后確定本系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模為：

（1）1座中心站：新建；

（2）11座水文（位）遙測站：都是通過改造后與水文部門共同使用，其中太平站、金雞站、容縣站、南渡站、岑溪站用于區(qū)間預(yù)報，平南站和藤縣站除用于干、支流預(yù)報外，還用于庫區(qū)防護片的水文監(jiān)測；

（3）紅花、橋鞏2座電站的出庫站：已建，直接采集電站出庫數(shù)據(jù)作為上游2條干流的來水控制站；

（4）長洲水利樞紐監(jiān)控系統(tǒng)中的壩址上游、下游內(nèi)江、下游外江3個水位站：已建，直接采集數(shù)據(jù)。

（5）20個雨量遙測站：均為水文部門遙測站點，改造后與水文部門共同使用，都用于區(qū)間預(yù)報，處于防護片的站點還兼顧防護片的雨情預(yù)報；

本系統(tǒng)區(qū)間共可采集到29個雨量遙測數(shù)據(jù)，雨量遙測數(shù)據(jù)密度為425km2／站，我國已建的水情自動測報系統(tǒng)站網(wǎng)密度多在250km2/站～600km2/站之間，故本系統(tǒng)的雨量遙測站點密度是比較合理的。

本系統(tǒng)主要遙測站布置見圖1（省略雨量站），站點詳細(xì)情況見表2。

表2 主要遙測站點列表

5 水文預(yù)報方案

本系統(tǒng)干流建設(shè)范圍25 826km2，區(qū)間建設(shè)范圍12 328km2，水系發(fā)育，支流眾多，產(chǎn)匯流情況復(fù)雜，因此需采用多種方法相結(jié)合來預(yù)報。

柳江紅花電站出庫流量與洛清江對亭水文站來水匯流進入柳江干流，柳江干流來水與紅水河干流橋鞏電站出庫流量匯合進入黔江武宣水文站，黔江武宣水文站來水與郁江貴縣水文站來水匯合進入潯江干流大湟江口站，然后匯入平南站，平南站來水與潯江支流蒙江太平水文站來水及潯江支流北流江金雞水文站（包括容縣站、南渡站、岑溪站）來水匯合，最終進入長洲水利樞紐壩址，形成長洲入庫水量。

以上各個干流來水預(yù)報可以采用河段洪水預(yù)報（馬斯京根等方法）進行匯流演算而得，大湟江口到壩址區(qū)間的來水，可以采用新安江模型和河段洪水預(yù)報相結(jié)合進行預(yù)報。

在整個系統(tǒng)中有如下水文控制站：對亭站、橋鞏電站出庫站、紅花電站出庫站、貴縣站、武宣站、大湟江口站、平南站、藤縣站、金雞站（包括容縣站、南渡站、岑溪站）、太平站。根據(jù)這些水文控制站的實測流量，利用動態(tài)實時校正模型對洪水預(yù)報結(jié)果進行實時校正，經(jīng)過以上逐級預(yù)報及校正，最終形成長洲壩址的洪水預(yù)報結(jié)果，具體預(yù)報方案見圖2。

圖2 預(yù)報方案示意圖（省略區(qū)間預(yù)報的示意圖）

6 通信方式及工作體制

遙測站與中心站、中心站與上級部門、中心站與各調(diào)度機構(gòu)等有關(guān)部門之間的通信，要經(jīng)過合理的設(shè)計，才能保證各系統(tǒng)數(shù)據(jù)迅速、可靠、準(zhǔn)確、方便地傳輸。

經(jīng)信道測試，本系統(tǒng)工作范圍移動部門均布設(shè)了完善的GSM網(wǎng)絡(luò)，完全能保證本系統(tǒng)的通信要求，因此本系統(tǒng)選用GSM通信作為通信方式。目前國內(nèi)水情自動測報系統(tǒng)常用的工作體制有3種：應(yīng)答式、自報式、混合式（兼容式），自報式是目前采用的主流制式，得到了非常廣泛的應(yīng)用，因此選用自報式作為本系統(tǒng)的工作體制。

考慮到整個西江流域未來水資源的統(tǒng)一調(diào)度和信息資源共享，本系統(tǒng)建設(shè)時還考慮預(yù)留軟硬件接入端口以用于將來擴充。

7 結(jié)語

長洲水利樞紐是以發(fā)電為主、兼顧航運和灌溉的綜合效益工程，其運行、調(diào)度均較為復(fù)雜，只有根據(jù)水情自動測報系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)才能實現(xiàn)并發(fā)揮其最佳功能。本規(guī)劃方案根據(jù)樞紐和所在流域的特點，在已建的“西江預(yù)報系統(tǒng)”和電站水情自動測報系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造建設(shè)為長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)，避免了大量重復(fù)投資，同時系統(tǒng)在保證樞紐水情自動預(yù)報的同時還兼顧了區(qū)間防護片的預(yù)報，這種思路是可行的。其后，長洲水利樞紐水情自動測報系統(tǒng)實施階段，也基本按這個思路細(xì)化完善和優(yōu)化，系統(tǒng)建成后，也基本達(dá)到了樞紐對水情自動測報的功能要求。

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Overall design of hydrological data auto-acquisition and transmission system for Changzhou Hydraulic Project

TANG Jian-rong1，WANG Qi2
（1.Guangxi Electric Power Design Co.，Ltd.of China Energy Engineering Group，Nanning 530007，China；2.Northwest Engineering Co.，Ltd.of China Power Construction Corporation，Xi’an 710060，China）

An introduction was made on the hydrological data auto-acquisition and transmission system of Chang?zhou Hydraulic Project，including the construction purposes，scope，distribution of station network and hydrologi?cal forecast scheme.This system was designed taking into account the characteristics of the river basin where the project is located and the conditions that the Xijiang River Forecast System as well as the automatic regime forecast system of power station had been constructed before，which permits reduction of cost and avoids overlapping invest?ment.This system is a multi-purpose one incorporating automatic regime forecast for Changzhou Hydraulic Project with forecast of level and rainfall for reservoir protective area.

Waterregime；automaticforecast；forecast；telemetrystation；stationnetwork；ChangzhouHydraulicProject

TV697.11

B

1003-1510（2016）05-0052-03

2016-07-25

唐建榮（1969-），男，廣西南寧人，中國能源建設(shè)集團廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計研究院有限公司工程師，學(xué)士，主要從事水利水電規(guī)劃設(shè)計工作。