基于西泉眼水庫洪水調度系統

呂寶順，方 艷，于汪洋

(1.哈爾濱市西泉眼水庫管理處，哈爾濱150300;2.蘿北縣寶泉嶺農場水務局，黑龍江蘿北154211; 3.哈爾濱市水文局，哈爾濱150010)

1 概況

西泉眼水庫位于阿什河上游，是阿什河流域唯一的綜合性大型水庫，控制流域面積1 151 km2，校核總庫容4.78億m3。該水庫于1992年開工建設，1996年主體工程完工，2000年竣工驗收并交付使用。水庫屬大(2)型工程，工程等別為Ⅱ等工程，主要建筑物為2級，按100 a一遇洪水設計，考慮到潰壩洪水對下游哈爾濱市、阿城市造成的損失特別嚴重，按10 000 a一遇洪水校核。

西泉眼水庫壩址下游有阿城水文站，控制面積2 313 km2，中游有馬鞍山水位站，控制面積1 629 km2，水庫上游有帽兒山水文站，控制面積183 km2。阿什河流域內進行雨量觀測站點有6處，由上而下有八里川、帽兒山、西川、小嶺、馬鞍山、阿城等。

2 建設洪水調度系統的必要性

西泉眼水庫至今未建出入庫流量站，致使出入庫水量計量困難、方式原始;現有傳輸手段不能滿足水情報訊需要;信息處理設備和方式落后，決策支持系統欠缺;設備陳舊老化。西泉眼水庫作為阿什河大型控制性水利樞紐工程，承擔著水庫本身及下游防洪調度任務，對于消減阿什河洪峰流量，減輕下游地區的防洪壓力具有積極作用;為了下游和庫區防洪安全，提高水庫洪水調度都現代化水平，需重新建設防洪調度系統。

3 建設洪水調度系統的目的

1)以國家防汛抗旱指揮系統為依據，提高系統都傳輸速率和網絡化程度。改變目前西泉眼水庫洪水調度系統設備老化，設施差的局面。實現水雨情信息自動采集、自動傳輸和處理，及時準確做出洪水預報，迅速提出洪水調度方案，為水庫和上級主管防汛指揮部門提供決策支持，充分發揮西泉眼水庫防洪工程效益，科學利用洪水資源，減輕阿什河下游洪澇災害。

2)通過科學都決策調度，提高西泉眼水庫水資源優化配置水平，更好的發揮西泉眼水庫在發電、灌溉和下游補償供水中都社會效益和經濟效益。

3)通過計算機技術和網絡技術，提高西泉眼水庫辦公自動化管理水平。

4 站網布設

雨量遙測站網布設，既要符合《水文測驗規范》之規定，又要符合《水文自動測報系統技術規范》的站網布設規定。西泉眼水庫流域控制面積1 151 km2，地面高程在100～800 m之間，屬山區，降雨受地形抬升作用影響，時空分布不均勻，因此按照《水文自動測報系統技術規范》要求，應合理控制遙測站網密度。具體設計見表1。

5 信息采集與傳輸

西泉眼水庫洪水調度系統都建設要求是:采用先進的水文遙測技術，實時采集流域內都雨情、水情、閘門開啟高度等信息，自動傳輸到水庫管理處，為防洪調度和水資源利用提供可靠決策依據。本系統設計應遵循以下幾方面原則:

5.1 先進性原則

本系統在總體布局、工作原理、完成功能、技術設備性能等方面，應達到國內同類系統先進水平。系統采用國際主流技術和軟硬平臺，選擇成熟都技術并能夠適應國際先進技術發展。本系統屬于典型的遙測系統，采用成熟的數據采集系統(SCADA)技術和產品將最為適合。(SCADA)技術和產品集當代計算機技術、通信技術、網絡技術和測控技術于一體，產品部件至少應包括構成各種現場測控站的遠程終端單元RTU、中心站前置通信處理器及先進的網絡化管理的遠程通信協議，且具有開放都軟硬件平臺。系統應用軟件應采用當前流行都B/S方式，能夠提供很好都可管理性和可維護性，并具有很強都可移植性。系統應用軟件應能夠提供多種接入方式，可讓中心站在各種特殊情況下仍能隨時獲取監測站的數據。系統應用軟件應具有完善的數據庫管理和備份機制，能滿足數據的實時性、可靠性、真實性和一致性等要求。

5.2 可靠和實用性原則

系統設備應在滿足結構簡單、維護方便、性能先進、節省能源要求的基礎上，選擇高可靠性都、已定型的、并具有一定運行經驗都設備。在具備基本功能前提下，設站數量必須滿足該流域暴雨洪水預報要求，滿足《水文遙測設站規范》，選站址時要充分考慮交通條件和運行管理要求。在組網合理、維護方便基礎上，以確保系統可靠性和實用性為首要考慮因素。做好防雷措施及其它管理保護措施，減少故障發生。各站設備應采用太陽能浮充供電方式，中心站要求備有安全可靠的交流電源。

5.3 標準化原則

硬件設備能與現場工藝儀表和控制執行機構形成規范化、標準化接口。系統設計應符合國際及行業相關規范或規定的要求，應遵循國家和行業規范或規定。

表1 西泉眼水庫洪水調度系統站網一覽表

5.4 擴展性原則

系統應考慮到整個系統水情測量及重點部位的自動控制聯網運行，為今后的發展及其它網絡留有通信接口。為保證系統可擴展性，選擇模塊化系統結構，方便將來系統規模擴展和改造。

5.5 兼容性原則

提供與第三方設備都接口、接口方式或方法。

5.6 經濟性原則

在確保系統上述原則的基礎上，應保證系統具有較高的性能價格比。

5.7 安全性原則

系統設計應保證信息的安全，防止信息的丟失和破壞。

6 系統組成

為了使設計方案科學合理，基于原水文自動測報系統查勘和電波測試工作基礎上，對新增站點電路進行了理論計算。水庫洪水調度系統以水庫管理處為中心站，以水庫現場辦公室為中心站，以538高山為中繼站，保留原有都13處雨量遙測站，平山雨量站與南橋水文站結合，1處庫水位站，新增3處入庫水文站，1處出庫水文站，新增1處閘位站。

7 系統功能要求

水庫洪水調度系統是集通信、計算機、水情數據自動采集、處理為一體都實時系統，其系統功能要符合水利部《水文自動測報系統技術規范》的規定。該系統功能要求如下:

1)系統要求能長期穩定可靠地工作，特別是在暴雨洪水惡劣天氣條件下保證系統正常工作，系統都設備可靠性應達到《水文自動測報系統技術規范》要求。

2)系統設備力求簡單、可靠、實用、并能防雷、省電、防盜、遙測站在無人值守、有人維護都條件下工作。

3)測站及中繼站應能在環境溫度0℃～+60℃及相對濕度小于95%的條件下正常工作，在－30℃～++60℃情況下保存，系統能連續工作210 d以上，信號暢通率>95%。

4)雨量、水位信息實現自動采集、自動存儲、自動傳輸、誤碼率<1×10－4。數據傳輸速率>300 bps。

5)雨量采集精度為0.2 mm，水位和閘位采集精度為1 cm，允許誤差<《水文自動測報系統技術規范》的要求。

6)其它參數以人工置數的方式傳送，人工置數都報文格式必須符合《水文情報預報拍報辦法》的要求。

7)系統具有良好的時效性，保證在5 min之內收集齊轄區內的實時水情信息，10 min內完成預報作業和調度方案優選。

8)應用軟件簡潔實用、界面友好，并具有良好的人機交互功能。

9)系統軟硬件都必須具有良好的可擴充性。

10)為提高通信資源都利用率，本系統應采用同頻存儲轉發技術。

8 系統體制

目前國內現有的水文自動測報系統大體上可分為3種制式，即自報式、應答式、混合式。本系統采用自報式工作體制。此處的自報也不是傳統意義上的純自報方式，而是要在可靠的通信協議支持下，當發信方發出一組有效信息時，必須得到收信方的確認，才算完成一有效通信，否則重發，以確保信息真正到達目的地。

自報分為增量隨機自報和定時自報。本系統采用增量隨機自報與定時自報兼容的工作體制，定時自報是指按設定的時間間隔自動發報，本體統規定定時自報的時間間隔一般為6 h(平安報)，間隔時間可由中心站控制。增量自報是指某項參數在一定時段內超過給定的閥值時自動發報。本系統規定雨量參數一般每變化1 mm發送1次、水位一般每變化1 cm且與前次時間間隔>5 min發送1次。

9 結語

通過對西泉眼水庫洪水調度系統的站網布設原則和系統原則的概述，明確了水庫洪水調度系統對于大中型水庫安全度汛、優化水資源配置水平、更好的發揮水庫在發電、灌溉和下游補償供水中的社會效益和經濟效益。

［1］ 中華人民共和國水利部.SL61－2993水文自動測報系統技術規范［S］.北京:中國標準出版社，2003.