五道庫水電站水文自動測報系統方案設計

李　達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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五道庫水電站水文自動測報系統方案設計

李達，葉江南

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：五道庫水電站水文自動測報系統控制面積650.0 km2，根據水文自動測報站網布設原則，五道庫水電站設置中心站1處、入庫站1處、出庫站1處、遙測雨量站6處和壩上水位站1處。根據五道庫水電站水文自動測報站點布設的實際情況，通過對超短波通信、有線通信、無線移動通信、衛星通信等4種通信方式的比選，擬選用北斗衛星通信系統作為五道庫水電站水文自動測報系統的通信方式，并對五道庫水電站水文自動測報系統方案進行總體設計。

關鍵詞：水文自動測報；GPRS通信；衛星通信；北斗衛星

0前言

五道庫水電站是一座引水式電站，壩址位于湯旺河支流五道庫河中游，伊春市美溪區東北約20.0 km處，是一座以發電、供水為主，兼顧森林防火等綜合利用的水利水電樞紐工程。電站裝設水輪發電機3臺，單機容量2.0 MW，總裝機6.0 MW。電站多年平均發電量1294×104kW·h，年裝機利用小時數2 157 h，保證出力707 kW。水庫正常蓄水位303.00 m，庫容9388×104m3，調節庫容6037×104m3。水庫集水面積650.0 km2，該區域內湯旺河流域的降水量較豐沛，多年平均降水量600 mm左右，流域下游晨明水文站多年平均降水量為577.1 mm。降水量的年內分配不均，6—9月降水量占全年的75%以上，降水量在年際之間豐枯變化明顯，最大年降水量888.4 mm，最小年降水量297.3 mm。為了保證水庫大壩安全，滿足水庫調度需要， 建立五道庫水電站水情自動測報系統。根據水文自動測報站網布設原則，五道庫水電站設置中心站1處、入庫站1處、出庫站1處、遙測雨量站6處和壩上水位站1處[1]。

1通信方式

水文自動測報系統通信方式主要有超短波通信、有線通信、無線移動通信、衛星通信等4種方式：

1.1超短波通信

超短波通信是一種地面可視通信系統，利用1~10 m波長的電磁波進行視距傳輸。當通信距離超過視距時，則利用中繼站進行接力通信。

1.2有線通信

有線通信時利用公用電話交換網絡(PSTN)的信道資源，它具有設備簡單、入網方式簡單靈活、適用范圍廣、傳輸質量較高、通信費用低廉等優點。但測報系統遙測站大部分地處偏遠山區，因此無法采用該通信方式。

1.3無線移動通信

GPRS(General Packet Radio Service)即通用分組無線業務，它是利用“分組交換”(Packet—Switched)技術，在現有GSM網絡上發展出的一套無線數據傳輸業務。GPRS特別適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS服務按流量計費，費用低廉，無漫游費，可實現永遠在線方式的實時監測。

1.4衛星通信

衛星通信覆蓋范圍大、傳輸距離遠、通信質量好、受地形和氣候的影響小、組網靈活、擴容方便，可為眾多遙測站提供數據傳輸業務。它克服了超短波通信易受地形和測距限制的不利因素，成為目前水文自動測報系統先進、穩定的通信方式。常用的衛星通信方式主要有Inmarsat—C系統、Vsat同步衛星系統、北斗衛星系統等3種方式。

2通信方式選擇

五道庫水電站水文自動測報站網中只有中心站及壩上水位站處于移動通信覆蓋區，其他站點均處于林區，移動通信信號無法覆蓋。由于通信距離較長，超短波通信需要設置多級中繼站，建設及維護費用較高、通信質量無法保證。GPRS通信要利用移動通信網的基站，移動信號未覆蓋的林區無法保證系統通信的可靠性及安全性。

衛星通信的通信質量、可靠性、實時性完全能滿足五道庫水電站水文自動測報系統的要求。Vsat同步衛星通信設備大多使用Ku頻段，存在雨衰現象，在降雨等惡劣天氣下，易造成通信中斷，通信質量難以保證，對系統的可靠性和實時性降低。Inmarsat—C系統的信道資源占用趨于飽和，通信暢通率下降，運行費用比北斗系統高。

北斗衛星系統是我國自主開發并具有完全知識產權的衛星系統，具有信息暢通效率高、能夠短時間搜集大容量數據、遙測站便于安裝和維護、低功耗和抗雨衰等特點。該系統已成功運行于國內多家水電站水文自動測報系統，具有成功的建設、運行和維護經驗。

考慮到充分利用現有資源和當今通信及網絡技術的發展趨勢，以及系統建成后便于運行管理，保證本系統信息流暢、有效和實用，節省投資，確保系統的可靠性，本次設計采用北斗衛星通信系統作為五道庫水電站水文自動測報系統的通信方式[2]。

它具有點波束，使得衛星站設備的體積和功耗大大減小，成本下降。通信采用L波段，此頻段雨衰小，在惡劣的天氣情況下，能保證通信的暢通。通信具有雙向性，中心站可對各遙測站進行遠地編程、巡測和召測。

3通信組網方案

水文自動測報系統由遙測站、中心站和北斗民用網管中心組成。中心站可以接入互聯網與其他中心站及上級主管部門實現數據的共享和雙向數據傳輸。中心站與遙測站構成一點對多點的傳輸模式。中心站與北斗衛星用戶終端相連接，遙測站采用北斗衛星通信終端，組成自動測報通信網。遙測站根據不同的回執信息自動轉入休眠狀態或重新發送水情信息[3]。

4監測站設備配置

水文自動測報系統設備主要包括傳感器、通信設備、遙測終端機、計算機等設備，以及電源、避雷裝置和用于系統安裝、調試、維修的多功能測試儀等輔助裝置。五道庫水電站水文自動測報系統設備見表1。

表1　五道庫水電站水文自動測報系統設備表

5結語

水文自動測報系統通過自動采集、傳輸和處理實時水文信息，并通過水文預報，為五道庫水電站工程防洪調度、水資源合理利用等提供科學的決策依據。北斗衛星系統是目前水利上比較成熟的、費用合理的衛星通訊系統。五道庫水電站水文自動測報系統采用衛星通信方式，是黑龍江省在水文自動測報系統上的第一次應用。在水電站水文自動測報系統中的應用逐年增多，將成為以后水文自動測報系統通信的首選。

參考文獻：

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省伊春市五道庫水電站初步設計報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2012.

[2]王鐵鋒，趙學民.水利水電工程水文自動系統設計手冊[S].北京：中國水利水電出版社，2008.

[3]張建云，唐鎮松，姚永熙.水文自動測報系統應用技術[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[作者簡介]李達(1983- )男，吉林松原人，工程師；葉江南(1981- )，男，福建壽寧人，工程師。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類號：P332

文獻標識碼：B

文章編號：1007-7596(2015)10-0049-02