水利水情自動化遙測系統在水電站中的應用

韋生俊

（武鳴縣那打水庫管理所，廣西 武鳴530199）

0 引言

水情自動化遙測系統可準確掌握水情信息，了解水電站能源情況，作為水利調度和防洪工作的主要依據，從而保證水電站安全運行，在現代化水利工程中起著重要作用。以往多依靠人工觀測來采集水文水情信息，容易出現誤差，且觀測難度較大。隨著水利信息化技術水平的提升，水情遙測系統得以改善，測量準確度及數據傳輸質量不斷提高，能夠有效解決調度失衡、控制不佳等問題。

1 水情自動化遙測系統

1.1 系統組成

水情自動化測報系統主要包括中心站、遙測站、中繼站三部分，中心站多位于水庫調度中心，控制系統各項操作；遙測站又可分為水位雨量站、雨量站等，多呈網狀布置，確保能夠全面采集監測水情信息，以滿足水庫安全需要；中繼站又叫遙感傳遞中繼站，多布設于視野開闊、通訊順暢的高地，負責信息的中轉。系統工作原理為：遙測站利用傳感器采集水位水情信息后，通過無線通信裝置將信息報告傳送至控制中心站，控制中心接收后對其進行分析處理。

1.2 作用

水電站具有發電、防洪、灌溉等諸多用途，一切都要借助水能，所以務必要準確全面地掌握水情變化，才能加以利用。傳統人工觀測法在獲取相關信息后，通過電話、電報等方式傳遞，觀測量大、耗時長、傳遞速度慢，完成整個過程至少也要幾個小時，且觀測精度沒有保證。尤其是在洪汛期，一旦出現信息錯誤，極易引發安全問題。而水情自動化遙測系統則集現代計算機、通訊技術、遙感技術于一體，彌補了傳統方法的不足。在內容上，除了觀測水位變化、降雨量，還能獲取水流量、流速、蒸發量、轉向水位等信息；在通信方式上，無線網、衛星有線等技術實現了24h高精度信息傳輸。此外，系統參數容易控制，硬件可進一步開發，為維護系統提供了有利條件，還能將水情信息量化，作用巨大。

2 水情自動化遙測系統在水利工程中的實際應用

2.1 工程實例

某市建有2座中型水電站，1995年A水電站首先安裝了水情自動化遙測系統，經過2年實踐，取得良好效果，如水流水位測量精確度提升、信息更加全面。1997年B水電站安裝了改良后的水情自動化遙測系統，在當年汛期試運行，效果顯著。2座水電站水情遙測系統共布設有2個中心站，4個中繼站，8個遙測站。進入新世紀后，系統硬件不斷升級，同時對許多現代化高科技都有應用，在多年實踐中質量較有保障，各項監測指標均能滿足精度標準。如系統誤碼率規定值為1%，該系統多年平均值僅為0.1%；系統運行通暢率規定值為95%，該系統平均值達99%。多年平均數據接收成功率為99.8%，系統平均年故障次數8次。

2.2 系統功能

2.2.1 信息采集模塊

該市水情自動化遙測系統在2005年已改善成為GPRS組網，用于傳輸降雨量、水位、流速等信息。以水位采集為例，遙測終端利用定時自報功能，每隔5min對水位信息進行一次采集，CPU將記錄寫入固態存儲器后，設備進入休眠狀態。水位加報有警戒水位和加報水位兩個標準，一旦達到標準系統會自動發出信號，通過短信即可完成水位設置、定時間隔設置等工作。遙測終端配置有大容量非易失存儲模塊，可保存2年的采集數據，GPRS遙測、U盤等方式都可讀取。另外，當收到修改命令后，相關參數和設置會自動修改，并讀出進行核對。

2.2.2 數據終端模塊

對其有一定要求，不但要保持低功耗及較高的穩定性，而且要能方便地擴充傳感器接口數量和類型，變化數據傳輸格式。另外通過參數設定需能夠定義傳感器或通信接口的輸出輸入。以通信接口為例，可在現場，也可通過遠程對通信信號進行定義，更重要的是通信接口可同時連接兩種以上的設備。此外還要配置GPRS通信裝置和防雷裝置。

2.2.3 信息處理查詢模塊

建立有專門的數據庫，可存儲各種數據、圖形、文字和音視頻資料，且對雨量、水位、耗水率等都信息有自動統計功能，包括時段統計、日統計、月統計和年度統計。除了告警、數據更新維護功能，模塊還具備查詢檢索功能，時時對以往信息和歷史資料進行搜索。此外，流量關系曲線、流域圖、降雨量累計曲線圖等各種靜態圖表和動態監視圖都能打印。

2.2.4 洪水預報和調度模塊

可在線預報，也提供離線預報，洪水預報內容主要有洪峰流量、總量和洪峰時間等。模塊還顯示預報窗口，能夠列出預報單元選擇、參數設置。若系統處于狀態，因為該模塊主要功能在控制中心站，所以只要主控制站還在運行，模塊就仍能預報。另外，模塊實時在進行洪水調度驗算，并提供有人機界面窗口，輸入設定參數便可確定泄流過程。

2.2.5 水務計算模塊

系統在水量平衡原理的基礎上，以水情遙測信息、閘門運行狀況、機組運行數據以及NHQ曲線、庫容曲線等資料為主要依據，按照設定好的時間間隔，通過各種算法和公式進行自動定時計算，最終得到發電流量、出庫入庫流量、平均降雨量、耗水率等結果，并記錄在數據庫，顯示在人機操作界面。

2.3 實際應用

該水電站在防洪中極為重要，首先要全面精確地采集有關信息，作為防洪調度依據。系統采集信息時間短、信息多、精確度高，而且能夠快速將所得信息發送至計算機中心，體現了良好的時效性。調度控制中心在接受信息后可迅速安排各項工作。為了對水情做出快速正確的分析，需建立預報調洪的計算機模型，再配以遙測數據進行微機處理，可得到洪峰流量、洪水總量等信息，并對最大泄量、最高庫水位進行預測。

2.4 應用效果

以該市2002年洪水為例，預報值與實際誤差情況如下：最大入庫流量（m3/s）：誤差4.2%；最高庫水位（m）：誤差0.3‰；最大泄洪流量（m3/s）：誤差3‰；最大泄洪流量（m3/s）：誤差0.8%。該技術經實踐與專家鑒定，系統在數據精度方面是可靠的，減少了人工觀測誤差，保證了采集的水文信息的準確性。

應用遙測系統后，各雨量遙測站的雨量可直傳控制中心站，幾乎無時間差。 水情自動測報系統的運作，從根本上改變了人工觀測的技術落后原始的觀測方法，極大地提高了工作效率和科技含量，解放了勞動生產力，同時也避免了人工觀測的不安全等因素。

運用預報調洪模型軟件進行微機處理的科學調洪方法，預報準確精度高，能夠成功的削減洪峰和安全錯峰，極大地發揮了該站防洪減災的社會與經濟效益。

3 結束語

水利水情自動化遙測系統能夠快速準確地提供水文水情信息，使水利工程的經濟效益和社會效益得到最大發揮，為人類做貢獻。隨著現代化高科技的不斷更新，系統也應及時完善配套設施，逐漸朝智能化方向邁進，以推動我國水利事業有進一步發展。

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