都江堰江安河雙合電廠水文自動化測報系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

史雯雨，楊忠瑞，袁素琴，朱李英，衛(wèi)仁娟

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

1 雙合電廠簡介

雙合電廠[1]屬于江安河灌溉渠道上的借水還水電站，屬引水式電站，是江安河干流梯級水電開發(fā)的第四級電站，電廠年利用小時數(shù)5167h，總裝機容量3×1000kW，年發(fā)電量約1550萬kW·h。目前是集水力發(fā)電、教學(xué)科研、實習(xí)實訓(xùn)、師資培養(yǎng)為一體的生產(chǎn)性實訓(xùn)基地。

2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

雙合電廠水文自動化測報系統(tǒng)[2]設(shè)計的內(nèi)容主要包括：

(1)江安河分水閘數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)；

(2)建立雙合電廠小型氣象站，觀測降水、蒸發(fā)、風(fēng)速、氣溫等氣象要素數(shù)據(jù)；

(3)建立雙合電廠取水口、渠道、壓力前池及尾水渠處水位與流量數(shù)據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)；

(4)建立下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)；

(5)建立數(shù)據(jù)處理及輸出系統(tǒng)。

2.1 江安河分水閘數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)

雙合電廠來水主要受上游江安河分水閘下泄流量控制，為及時掌握入庫水量，將江安河分水閘實時下泄流量數(shù)據(jù)接入雙合電廠水文自動化測報系統(tǒng)；利用GPRS無線收發(fā)模塊[3]，實時接收上游江安河分水閘下泄流量數(shù)據(jù)。

2.2 氣象監(jiān)測系統(tǒng)

氣象監(jiān)測系統(tǒng)可全天候?qū)Ω鱾€氣象要素(包括降水、蒸發(fā)、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、太陽輻射等)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場實時監(jiān)測，利用GPRS無線平臺將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)控制中心，工作人員通過數(shù)據(jù)接收平臺，可隨時隨地監(jiān)測并掌握氣象數(shù)據(jù)。

氣象監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場通信設(shè)備采用氣象監(jiān)測設(shè)備(GPRS RTU)DATA-6311或DATA-6123 GPRS/CDMA數(shù)據(jù)傳輸模塊。

2.3 水位與流量實時監(jiān)測系統(tǒng)

為了實現(xiàn)雙合電廠無人值班模式的安全、經(jīng)濟運行，擬在庫區(qū)、取水口、渠道、前池及尾水等處，分別安裝水位自動測報系統(tǒng)或水位流量自動測報系統(tǒng)[4]。雙合電廠水文實時監(jiān)測管理系統(tǒng)平面布置見圖1。

2.3.1 水位監(jiān)測系統(tǒng)

(1)電站庫區(qū)水位監(jiān)測系統(tǒng)

首部樞紐的閘壩軸線在江安河進(jìn)水口以下7.1km處。首部樞紐由高2.5m長25m的滾水壩、3孔6m×4m(寬×高)的泄洪沖沙閘及3孔5m×4m(寬×高)的進(jìn)水閘組成。滾水壩頂高取閘前正常擋水位683.5m。進(jìn)水閘布置在左岸一級階地上。在雙合電廠庫區(qū)安裝水位監(jiān)測系統(tǒng)實時掌握庫區(qū)水位。將該斷面水位流量關(guān)系曲線輸入系統(tǒng)內(nèi)，然后利用安裝水位監(jiān)測系統(tǒng)斷面的水位流量關(guān)系曲線實時掌握入庫流量。庫區(qū)斷面(見圖2)的水位流量關(guān)系曲線(見圖3)利用曼寧公式計算，即：

式中：R——水力半徑，m；

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

j——水面比降，庫區(qū)斷面河道縱比降取10‰；

n——糙率，取0.035～0.04；

Q——過水?dāng)嗝媪髁?，單位m3/s；

(2)壩前水庫泄洪監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

在雙合電廠壩前安裝水位監(jiān)測系統(tǒng)實時掌握壩前水位，并通過壩前水位高程對泄洪閘進(jìn)行控制。庫泄洪監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是水庫單位泄洪(或放水)的監(jiān)控管理平臺，監(jiān)控中心借助該系統(tǒng)可實時遠(yuǎn)程監(jiān)測水庫泄洪口的水位、雨量、現(xiàn)場圖像等信息，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性泄洪或調(diào)節(jié)性放水時，下游預(yù)警設(shè)備及時發(fā)布預(yù)警，避免因泄洪或放水導(dǎo)致的人民生命財產(chǎn)損失。

(3)攔污柵水位監(jiān)測系統(tǒng)

擬在攔污柵上游和下游分別設(shè)置水位監(jiān)測系統(tǒng)，其目的是為通過攔污柵前后的水位差判斷攔污柵孔的堵塞率，當(dāng)達(dá)到一定堵塞率時，攔污柵的清淤裝置自動為攔污柵進(jìn)行清淤，實現(xiàn)攔污柵自動清淤功能。

(4)渠道始端水位監(jiān)測系統(tǒng)

渠道位于攔污柵下游處，渠道起始端即為攔污柵下游，即攔污柵下游處的水位監(jiān)測系統(tǒng)同為渠道始端(入口處)的水位監(jiān)測系統(tǒng)。

(5)渠道末端(前池進(jìn)口)水位監(jiān)測系統(tǒng)

在渠道末端即前池進(jìn)口處布設(shè)水位監(jiān)測系統(tǒng)，實時觀測渠道末端的水位值。

(6)前池水位監(jiān)測系統(tǒng)

擬在前池進(jìn)口及出口處分別布設(shè)水位監(jiān)測系統(tǒng)，前池進(jìn)口即為渠道末端斷面，利用前池出口處水位(即水電站上游水頭)及電站下游尾水閘水位(即水電站下游水頭)，扣除水電站水頭損失0.5m，即可計算出水電站的發(fā)電水頭。

(7)尾水閘水位監(jiān)測系統(tǒng)

擬在尾水閘下游處安裝水位監(jiān)測系統(tǒng)，通過監(jiān)測下游尾水閘水位及前池出口處水位，扣除水電站水頭損失0.5m，即可計算水電站的發(fā)電水頭，h發(fā)電=h前池出口-h尾水閘-△h。

2.3.2 水位流量監(jiān)測系統(tǒng)

自取水樞紐進(jìn)水閘后至壓力前池有引水渠道997m，全為填方渠道。渠道背水面為干砌30cm～50cm卵石填心，渠道迎水面為漿砌卵石30cm～50cm厚水泥砂漿抹面，渠底寬7m，每隔10m設(shè)置沉降縫一道，內(nèi)嵌852橡膠止水。渠道斷面為梯形，渠道邊坡為1∶1，水深2.5m，渠頂超高1.00m，渠道縱比降10‰。

(1)渠道中部水位、流量監(jiān)測系統(tǒng)

擬在渠道中部斷面布設(shè)水位、流量實時監(jiān)測系統(tǒng)，渠道中部斷面監(jiān)測流量值即為水電站發(fā)電引用流量，并用引水渠道中部斷面(見圖4)所測水位值及水位流量關(guān)系曲線(見圖5)，利用曼寧公式重新校核過水?dāng)嗝媪髁?，其中n取0.030，河道縱比降J=10‰。

圖4 渠道中部斷面

圖5 渠道中部斷面水位流量關(guān)系曲線

(2)尾水渠水位、流量監(jiān)測系統(tǒng)

擬在尾水渠(尾水閘下游約100m處)安裝水位、流量實時監(jiān)測系統(tǒng)，尾水渠下泄流量為水電站發(fā)電實際流量。并利用曼寧公式對過水?dāng)嗝媪髁窟M(jìn)行校核。

2.4 下泄生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)

為了保證下泄的生態(tài)流量滿足要求，目前雙合電廠已經(jīng)采取了相應(yīng)的措施，在上游來水量滿足要求的前提下，雙合電廠能夠保證生態(tài)流量的足額下泄，取水口也已設(shè)置足夠的視頻監(jiān)視點。

擬在閘門處安裝在線流量監(jiān)測裝置，閘門處安裝閘門開度變送器。監(jiān)測站自動采集的信息通過傳感器傳輸?shù)焦虘B(tài)存儲器，并根據(jù)監(jiān)測信息時間要求，及時上報，隨時加報；流量監(jiān)測裝置接收液位傳感器計的水量信息，通過無線數(shù)據(jù)傳輸終端，把監(jiān)測數(shù)據(jù)隨時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，并可接受檢測人員的隨時查詢和監(jiān)測。

2.5 數(shù)據(jù)處理及輸出系統(tǒng)

水文自動測報系統(tǒng)的核心部分是數(shù)據(jù)處理及輸出系統(tǒng)[5]，水文自動測報系統(tǒng)核心功能主要包括以下幾個方面。

(1)水文自動測報系統(tǒng)的實時管理。將系統(tǒng)的軟件部分設(shè)計模塊化，方便電廠工作人員的日常使用和檢查維護。

(2)水文自動測報系統(tǒng)的實時監(jiān)視。利用成圖監(jiān)視，將系統(tǒng)監(jiān)視的信息內(nèi)容以圖形的形式表現(xiàn)出來，更加形象直觀，方便電廠工作人員日常監(jiān)測。

(3)監(jiān)測數(shù)據(jù)接收、處理。系統(tǒng)通過實時接收上游江安河下泄流量數(shù)據(jù)、氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)、水位流量數(shù)據(jù)、下泄生態(tài)流量數(shù)據(jù)等，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，按預(yù)先設(shè)計的指令對電廠機組運行及閘門開度進(jìn)行控制，實現(xiàn)電廠無人值班的運行模式[6]。

(4)水文自動測報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查閱及瀏覽[7]。電廠工作人員可隨時查閱系統(tǒng)監(jiān)測的歷史數(shù)據(jù)，可查內(nèi)容包括降雨量、氣溫等氣象數(shù)據(jù)及各斷面水位、流量等水文要素數(shù)據(jù)。

(5)圖表自動生成?？梢灾苯由筛魉閿?shù)據(jù)包括不同時段(日、月、年)的報表，降雨過程線、水位流量過程線等各種數(shù)據(jù)表格，且連接打印機后即可直接打印。

(6)水務(wù)管理與計算。

(7)網(wǎng)絡(luò)功能。

(8)安全分區(qū)功能。系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)全在Ⅱ區(qū)接收、處理、存儲，Ⅱ區(qū)自動同步到Ⅲ區(qū)，即在Ⅱ區(qū)修改的任何數(shù)據(jù)、畫面可以自動同步到Ⅲ區(qū)即刻應(yīng)用。所有外網(wǎng)(包括VPN訪問)的訪問，只通過Ⅲ區(qū)訪問。數(shù)據(jù)傳輸符合安全規(guī)范。

(9)數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)庫維護功能。

3 結(jié)論

雙合電廠的水文自動化測報系統(tǒng)投入運行使用后，有權(quán)限的電廠工作人員可以隨時上網(wǎng)查詢水文數(shù)據(jù)功能，并能夠?qū)崟r接收上游江安河進(jìn)水閘流量數(shù)據(jù)；系統(tǒng)定時將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到管理人員手機，管理人員也可通過手機不定時訪問瀏覽系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)；管理人員在終端設(shè)備上通過VPN實現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄系統(tǒng)訪問，電站工作人員足不出戶即可掌握電站運行狀況，真正實現(xiàn)電站無人值班運行模式。