鬧德海水庫水文自動測報系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

劉文榮，李國平，蘇秀穎

(1.遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，沈陽 110003)

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鬧德海水庫水文自動測報系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

劉文榮1，李國平2，蘇秀穎1

(1.遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，沈陽 110003)

水文自動測報系統(tǒng)是應(yīng)用遙測、通信和計算機等先進技術(shù)來實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸和處理，這種現(xiàn)代化水文信息系統(tǒng)，已經(jīng)成為水庫洪水預(yù)報調(diào)度的重要組成部分。文章以鬧德海水庫水文自動測報系統(tǒng)為例，闡述了系統(tǒng)的建設(shè)以及在防洪供水調(diào)度中的應(yīng)用情況，并提出增加沙情自動監(jiān)測站的建議，為多泥沙河流水庫開展水沙調(diào)度研究提供科學(xué)依據(jù)。

鬧德海水庫；水文自動測報系統(tǒng)；預(yù)報調(diào)度；建設(shè)與應(yīng)用

1 鬧德海水庫概況

鬧德海水庫是多泥沙河流柳河上唯一一座大(2)型控制性水利工程，最大庫容2.17億m3,控制流域面積4051km2。鬧德海以上流域?qū)儆诎敫珊档貐^(qū)，流域內(nèi)沙丘、溝壑、漫崗、坨甸等地形復(fù)雜多變，各地產(chǎn)匯流條件各異，洪水特點為水少沙多、暴漲暴落。多年平均降雨量407 mm，多年平均徑流量2.04億m3。降雨徑流均主要集中在6—9月，其中降雨占全年的70%以上、徑流占全年的50%以上；多年平均含沙量32.7kg/m3，多年平均輸沙量996萬t，其中汛期來沙量較為集中，占全年的90%以上。

水庫自1942年建成以來，曾經(jīng)抵御了20余次入庫洪峰1000m3/s及以上的較大洪水，削減洪峰達(dá)70%以上，保障了水庫下游彰武、新民兩座縣城、輸油管路、鐵路、公路、農(nóng)田和人民生命安全。1970年工程改建后，調(diào)度運用方式由“全年敞泄”變?yōu)椤靶钋迮艤啞保磕昕上蛳掠翁峁?000 萬 m3左右農(nóng)田灌溉用水；1994年加固后，水庫又開始承擔(dān)了阜新市近30%的城市供水任務(wù)，成為了阜新市重要的水源地。

2 鬧德海水庫水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)情況

為實現(xiàn)實時收集流域內(nèi)的各類水情信息，適時作出水情預(yù)報(如洪水預(yù)報、旱情預(yù)報、洪災(zāi)預(yù)報),爭取預(yù)見期，為防洪、興利和水利調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地減少以致避免洪水、旱災(zāi)造成的損失，最大限度發(fā)揮水庫綜合效益，鬧德海水庫水文自動測報系統(tǒng)于1989年完成初建。隨著科技的發(fā)展進步，結(jié)合鬧德海水庫實際，分別于1992年、2001年、2006年對系統(tǒng)進行了改造升級，目前采用的是南京水利水文自動化研究所研發(fā)的產(chǎn)品[1]。系統(tǒng)主要包括20個雨量站、4個水位站、1個中心站，1個中繼站。遙測雨量、水位等信息采用超短波為主信道、GPRS為輔助信道的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，超短波信道通過阿其馬山中繼站轉(zhuǎn)發(fā)至中心站，GPRS信道直接向中心站發(fā)送水情數(shù)據(jù)信息流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)信息流程

系統(tǒng)終端設(shè)備統(tǒng)一采用YDH-1系列，具有設(shè)備兼容、數(shù)據(jù)兼容、中心站數(shù)據(jù)接收和處理可以無縫連接的特點。測站為無人值守有人看護式，筒式結(jié)構(gòu)。中繼站設(shè)備設(shè)于高山站房內(nèi)，站房外建有12m通訊塔，同時分別在鐵塔附近和山下埋設(shè)接地網(wǎng)，實現(xiàn)了設(shè)備防雷保護更安全可靠[2]。受供電條件限制，測站和中繼站設(shè)備均采用太陽能浮充電池的供電方式，中心站采用220V交流電源為主供電，配備蓄電池組作為備用電源。

遙測站設(shè)備主要有雨量傳感器或水位傳感器、遙測終端機、電臺、天饋線、同軸避雷器、太陽能電源、蓄電池和配套的各種插件等。其主要任務(wù)是及時準(zhǔn)確的將傳感器的水文參數(shù)自動采集、編碼、處理、發(fā)送到資料收集中心。雨量采集設(shè)備為精度0.5 mm的翻斗式雨量計；水位觀測設(shè)備為雷達(dá)水位計，水位每升降1cm時，自動向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)，每隔5 min定時采集。中繼站采用數(shù)字再生式中繼儀，并配置收發(fā)信機、收發(fā)天饋線等傳輸設(shè)備。處于遙測站與中心站之間，其主要作用是接收遙測站超短波信號并轉(zhuǎn)發(fā)至中心站，以避開樹林、山和較高建筑物等的阻擋，使得信號不至于減弱。中心站主要設(shè)備有天線、饋線、同軸避雷器、通信電臺、調(diào)制解調(diào)器、計算機等。計算機配置為雙機運行方式，一臺工業(yè)控制機供水情測報系統(tǒng)做資料接收及數(shù)據(jù)處理，另一臺品牌微機供防洪預(yù)報使用。工業(yè)控制機安裝有NSY_SQ多通道水情數(shù)據(jù)采集軟件和分析入庫軟件，將接收到的水情信息進行存儲和處理，為水庫洪水預(yù)報調(diào)度提供水文信息支持。系統(tǒng)軟件是在WINDOWS平臺上開發(fā)的水文自動測報多媒體軟件，為滿足系統(tǒng)運行和數(shù)據(jù)處理功能，同時配置操作系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)控制及通信軟件，修改原實時數(shù)據(jù)處理軟件、歷史資料數(shù)據(jù)處理軟件、預(yù)報作業(yè)軟件、防洪調(diào)度分析軟件等[3]。

3 水文自動測報系統(tǒng)在鬧德海水庫防洪供水調(diào)度中的應(yīng)用

鬧德海水庫水文自動測報系統(tǒng)建成與應(yīng)用，可實時、快速、準(zhǔn)確地采集和傳輸水、雨情信息，調(diào)度人員根據(jù)流域?qū)崟r降雨時空分布情況，利用洪水預(yù)報軟件及時作出洪水預(yù)報，并擬定出科學(xué)合理的調(diào)度方案，為領(lǐng)導(dǎo)調(diào)度決策提供了依據(jù)，實現(xiàn)了水庫綜合效益最大化目標(biāo)。

鬧德海水庫所在的柳河為多泥沙河流，汛期來水多為高含沙水流，同時水庫可調(diào)節(jié)庫容非常小，汛限水位174m，相應(yīng)庫容620 萬 m3；而供水最低保證水位170m，相應(yīng)庫容也只有330 萬 m3，汛期發(fā)生過程洪量超過500 萬 m3洪水就將攜帶一定量泥沙入庫，如果調(diào)度不當(dāng)，不能充分利用異重流排沙，極易形成渾水水庫，取水口濁度也將無法滿足供水水質(zhì)要求，從而直接影響阜新供水安全，而供水最低保證水位與汛限水位之間可調(diào)節(jié)的庫容也只有290 萬 m3，供水調(diào)度難度極大。為盡可能減小防洪、排沙和供水之間的矛盾，水文自動測報系統(tǒng)收集到水雨情信息的準(zhǔn)確度則顯得尤為重要。特別是2000年以來受全球極端氣候的影響，處于遼西地區(qū)、科爾沁沙漠邊緣地帶的鬧德海水庫流域降雨徑流更是明顯減少，出現(xiàn)超過100m3/s洪峰的機率都很少，利用異重流排沙的機會也極少，水庫泥沙淤積逐年加重，不但直接影響到了水庫壽命，也給供水安全帶來了必然的潛在威脅。為此，鬧德海水庫調(diào)度人員在研究水沙運動規(guī)律基礎(chǔ)上，根據(jù)水文自動測報系統(tǒng)采集到的水雨情信息進行洪水預(yù)報，研判分析，不放過每一次小洪水機會，充分利用水庫河道坡降比較大的優(yōu)勢，科學(xué)擬定調(diào)度方案，積極開展小流量異重流排沙實踐，在庫內(nèi)蓄清水和上游高含沙洪水比例幾乎相當(dāng)情況下，實現(xiàn)了排沙、供水兩不誤，取得了良好的調(diào)度效果。應(yīng)用水文自動測報系統(tǒng)，為鬧德海水庫科學(xué)預(yù)報調(diào)度提供了依據(jù)，為實現(xiàn)水庫綜合效益最大化目標(biāo)提供了保證。近年水沙調(diào)度情況詳見表1。

表1 2000年以來出入庫水沙摘錄統(tǒng)計

從表1中可以看出，只有2005年壩前最低水位低于取水口最低控制水位，直接對供水造成了影響。原因為2005年入庫洪峰達(dá)到了295m3/s，按照調(diào)度規(guī)則，水庫應(yīng)泄空，但為了減小對供水的影響，僅僅放空一天便關(guān)閘蓄水，因此，大量泥沙也淤積在了庫內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計分析歷年水沙規(guī)律，當(dāng)入庫洪水含沙量超過100 kg/m3時，入庫洪峰達(dá)200m3/s以上時，應(yīng)敞泄運用3～5d，待洪水過后再蓄水，將取得更好的排沙效果，減少水庫淤積量，但將影響供水7～10d左右。因此，充分利用水文自動測報系統(tǒng)采集的水雨情信息，通過科學(xué)調(diào)度利用異重流排沙，則更顯得尤為重要。

4 結(jié) 語

隨著社會的不斷進步，科技信息化的迅猛發(fā)展，系統(tǒng)化管理工作的不斷加強，水庫綜合功能的逐步實現(xiàn)，作為東北地區(qū)典型的多泥沙河流水庫，在水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)方面還有可深入研究的空間，例如：開展多泥沙河流水庫沙情自動監(jiān)測工程，建立入庫站沙情自動監(jiān)測站，增加匯流后的流量和沙量監(jiān)測，完善出庫和下游河道水沙觀測；增加異重流監(jiān)測，觀測異重流潛入條件和潛入點，進行洪水期回水末端和壩前段含沙量垂向分布觀測等，從而增加水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)工作內(nèi)容，為多泥沙河流水庫開展水沙調(diào)度研究提供科學(xué)依據(jù)。

[1]賈瑞紅.水情自動測報系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2014(03)：26-28.

[2]段浩清.水情自動測報系統(tǒng)在唐徠渠水量調(diào)度中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理2013(12)：77-80.

[3]梁志海等.太平灣電站水情測報自動化系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用[J].大壩與安全，2009(12)：61-63.

文章編號：1007-7596(2016)08-0122-02

[收稿日期]2016-07-21

[作者簡介]汪家樂(1964-)，男，江西興國人，工程師。

TP274

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1007-7596(2016)08-0148-03

2016-07-15

張水平(1965-)，男，江西新余人，工程師，研究方向為農(nóng)村水利建設(shè)管理。