貴州省萬壩水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)淺析

李茂斌

（貴州中水建設(shè)管理股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002）

科學(xué)、合理的水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅能夠保證萬壩水庫(kù)的安全運(yùn)行，而且可以有效地減小外界環(huán)境因素對(duì)水庫(kù)產(chǎn)生的影響，提高水資源的利用率，先進(jìn)的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)對(duì)萬壩水庫(kù)的管理及運(yùn)行至關(guān)重要。鑒于此，本文圍繞萬壩水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開分析。

1 工程概況

萬壩水庫(kù)位于貴州省德江縣沙溪鄉(xiāng)舒家村黃泥溪，河流黃泥溪河屬于長(zhǎng)江流域?yàn)踅雕R蹄河二級(jí)支流，一級(jí)支流為塘壩河。水庫(kù)正常蓄水位為1173 m，死水位為1163 m，興利庫(kù)容為77萬m3，總庫(kù)容為112.8萬m3，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，工程等別為Ⅳ等，工程規(guī)模屬小（1）型。水庫(kù)由主庫(kù)和副庫(kù)通過連通隧洞連接而成，主庫(kù)河流為小溝河，副庫(kù)河流為黃泥溪河，黃泥溪河發(fā)源于舒家村黃泥溪，河源高程為1368 m，于黃泥溪匯合小溝河后進(jìn)入伏流。黃泥溪河全流域集水面積為1.49 km2，主河道長(zhǎng)2.18 km，河道平均比降為67.6‰。小溝河發(fā)源于舒家村觀音山，河源高程為1400 m，于黃泥溪匯合黃泥溪河后進(jìn)入伏流。小溝河全流域集水面積為1.16 km2，主河道長(zhǎng)1.97 km，河道平均比降為85.6‰。

2 水情測(cè)報(bào)設(shè)計(jì)依據(jù)及原則

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)及參數(shù)計(jì)算

水庫(kù)以上流域無水文測(cè)站，鄰近流域有沙壩水文站、德江氣象站、煎茶雨量站。根據(jù)各測(cè)站，可以有效分析萬壩水庫(kù)洪水及徑流情況，對(duì)萬壩水庫(kù)施工及運(yùn)行作出一定的洪水預(yù)測(cè)及供水分析。

（1）設(shè)計(jì)采用以下規(guī)范作為設(shè)計(jì)依據(jù)，《水利水電工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)程》（SL 619-2013）、《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 285-2018）、《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5207-2005）。

（2）壩線區(qū)水文、氣象資料統(tǒng)計(jì)表，見表1。

表1 壩線區(qū)水文、氣象資料統(tǒng)計(jì)表

（3）副庫(kù)下泄洪水計(jì)算，根據(jù)工程布置，隧洞泄洪采用淹沒出流方式計(jì)算泄流曲線。

式中：Q為隧洞下泄流量；μc為隧洞流量系數(shù)；λ為沿程水頭損失系數(shù)；L為隧洞長(zhǎng)度，取300m；d為隧洞直徑，取3m；C為謝才系數(shù)；n為隧洞糙率；取0.016；R為水力半徑；H0為上下游水位差。

萬壩水庫(kù)副壩水位～泄流曲線計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 萬壩水庫(kù)副壩水位～泄流曲線計(jì)算成果表

2.2 布置原則

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的測(cè)報(bào)范圍是壩址以上流域。站網(wǎng)的布置原則，能夠綜合反映出雨情與水情的變化情況；在滿足水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)要求的前基礎(chǔ)上，減少遙測(cè)站數(shù)量；便于通信組網(wǎng)；避開危險(xiǎn)等不利因素，利于建設(shè)、運(yùn)行和管理；考慮對(duì)外傳輸。

3 水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 站網(wǎng)布設(shè)

萬壩水庫(kù)壩址以上流域集水面積1.82 km2，屬于小流域水庫(kù)。結(jié)合《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》（SL 34-2013）中的相關(guān)指導(dǎo)原則科學(xué)布置站點(diǎn)。初步在水庫(kù)布設(shè)分中心站一個(gè)，主壩上水位雨量遙測(cè)站一個(gè)，壩后水位遙測(cè)站一個(gè)，副庫(kù)壩上水位遙測(cè)站，溢流堰視頻采集傳輸系統(tǒng)一套。通訊系統(tǒng)運(yùn)用GSM，手機(jī)短信和超短波通訊作為備用，水情分中心站應(yīng)和縣水情中心站和省防汛指揮系統(tǒng)保持良好連接[1]。

3.2 遙測(cè)站設(shè)計(jì)

3.2.1 遙測(cè)站功能分析

水文遙測(cè)站是一種低功耗、可靠性較高的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集傳送裝置，能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)、定時(shí)地采集水位、雨量等水文參數(shù)和終端電源電壓狀態(tài)，并向中心站準(zhǔn)確發(fā)送出各項(xiàng)數(shù)據(jù)和終端工作狀態(tài)信息。遙測(cè)終端(RTU)是水文遙測(cè)站的核心，具備完善的工作狀態(tài)指示功能，上電自動(dòng)初始化、自測(cè)試功能，以及一定范圍的軟件與硬件故障自保護(hù)功能[2]。

遙測(cè)終端提供人/機(jī)操作界面，支持操作人員在現(xiàn)場(chǎng)有序完成數(shù)據(jù)檢測(cè)、參數(shù)設(shè)置、附屬設(shè)備(電源、傳感器等)測(cè)試、RTU自診斷、人工觀測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)置、通訊設(shè)備控發(fā)等工作。結(jié)合貴州省防汛指揮系統(tǒng)的結(jié)合要求，要求遙測(cè)終端協(xié)議能兼容或支持《貴州省防辦水情測(cè)報(bào)短信模式通訊協(xié)議》(GZ-ABfb3-1)。

3.2.2 通訊方式選擇

根據(jù)萬物互連，物連網(wǎng)及智慧城市的發(fā)展，打造智慧水務(wù)平臺(tái)為水庫(kù)的運(yùn)行提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立水庫(kù)合理調(diào)度原則。結(jié)合本水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的規(guī)模及系統(tǒng)的先進(jìn)行、可靠性和控制經(jīng)濟(jì)成本等方面的因素，系統(tǒng)選用GSM移動(dòng)通信的組網(wǎng)方式，不設(shè)備用信道。遙測(cè)站設(shè)備配置見表3。

表3 遙測(cè)站設(shè)備配置表

3.2.3 遙測(cè)終端設(shè)計(jì)

遙測(cè)終端是數(shù)據(jù)采集傳輸設(shè)備，在自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中起著重要作用，是連接前端傳感器和后端監(jiān)測(cè)分析軟件的數(shù)據(jù)通道，為整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（1）結(jié)合設(shè)定的時(shí)間表和要求，進(jìn)行參數(shù)的采集、存儲(chǔ)和發(fā)送（雨量發(fā)送累計(jì)值和時(shí)段值，水位發(fā)送實(shí)時(shí)值）。

（2）系統(tǒng)支持現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程設(shè)置功能，動(dòng)態(tài)修改工作模式，包括其它工作參數(shù)、站址設(shè)定、發(fā)送前導(dǎo)時(shí)間設(shè)定、定時(shí)報(bào)時(shí)間、平安報(bào)間隔時(shí)間、動(dòng)態(tài)修改數(shù)據(jù)傳輸體制和數(shù)據(jù)報(bào)送頻次等等。

（3）具備良好的非易失存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)2萬條以上的水位或雨量數(shù)據(jù)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)本地下載。

（4）系統(tǒng)能夠外接增量式雨量傳感器、水位傳感器，運(yùn)用GPRS、GSM等多種方式完成發(fā)送和接收，支持多中心發(fā)送和主備信道自動(dòng)切換。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控取水口、庫(kù)區(qū)、溢洪道，有必要建立視頻監(jiān)視系統(tǒng)，增強(qiáng)水庫(kù)及壩區(qū)的安全防范水平。科學(xué)的視頻監(jiān)控可對(duì)各個(gè)重要地點(diǎn)，各個(gè)部位的水庫(kù)設(shè)施，包括現(xiàn)場(chǎng)人員活動(dòng)情況進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)一步提升水庫(kù)的管理水平[3]。

根據(jù)實(shí)際要求，萬壩水庫(kù)擬建4處實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視點(diǎn)，分別監(jiān)視兩庫(kù)庫(kù)區(qū)、溢洪道、取水口。圖像監(jiān)視系統(tǒng)的前端設(shè)備為攝像機(jī)，攝像機(jī)選用新型球型機(jī)，可在受控條件下，實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，有效完成定點(diǎn)掃描，同時(shí)自帶夜視紅外，即使在近距離內(nèi)，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)清晰夜間監(jiān)視，攝像機(jī)具備良好的調(diào)焦功能。加強(qiáng)解碼器設(shè)計(jì)，解碼器的主要功能是把由中心發(fā)出的控制命令有效還原，還原成為具體的控制信號(hào)，對(duì)云臺(tái)和鏡頭運(yùn)動(dòng)起到良好控制作用。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能主要包括：采用電子地圖和文本的方式，大力完善水雨情的監(jiān)視工作；針對(duì)相關(guān)流域與水庫(kù)，包括站點(diǎn)和雨水情數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)查詢；統(tǒng)計(jì)、生成雨水情統(tǒng)計(jì)報(bào)表和簡(jiǎn)報(bào)；以柱狀圖、曲線等圖表方式繪制雨水情信息，并可進(jìn)行多站、多曲線的分析，實(shí)現(xiàn)綜合對(duì)比。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要以水系圖作為背景，將測(cè)站中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映于圖上，在圖上，操作人員能夠更為清晰的觀察各個(gè)站點(diǎn)運(yùn)行情況，收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。一般來講，系統(tǒng)會(huì)每隔5 min刷一次數(shù)據(jù)，顯示的雨量表示當(dāng)天8點(diǎn)至現(xiàn)階段的降雨量累計(jì)數(shù)值，如果水庫(kù)出現(xiàn)溢洪現(xiàn)象，系統(tǒng)界面能夠自動(dòng)顯示當(dāng)前溢洪流量[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)能夠綜合反映出雨情與水情的變化情況，在滿足水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，減少遙測(cè)站數(shù)量，便于通信組網(wǎng)，避開危險(xiǎn)等不利因素，利于建設(shè)、運(yùn)行和管理，并考慮對(duì)外傳輸。通過對(duì)萬壩水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，明確水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的測(cè)報(bào)范圍與站網(wǎng)布置原則、遙測(cè)站規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)、站網(wǎng)布設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)等，可以保證萬壩水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，有效提高水庫(kù)的安全性。