1、1浅谈蜀河水电站水情自动测报系统建设摘要：水情自动测报系统可以实时、准确、可靠的了解掌握坝址上游水雨情信息，变随机性径流为确定性径流，优化水库调度工作，保证电站防洪安全，并使发电效益最大化。本文系统介绍了蜀河水电站流域概况及洪水特性，建设水情自动测报系统必要性和可行性、站网布设原则、测站规划分析、通信组网方式、洪水预报方案、水情自动测报系统的功能要求等，并建议尽快建设蜀河水电站水情自动测报系统。 关键词： 水电站；水情；自动测报；系统 中图分类号： TV74 文献标识码： A 文章编号： 1 工程简介 蜀河水电站位于汉江上游陕西省旬阳县蜀河镇附近的汉江干流上，是汉江上游梯级开发规划中第六个梯级
2、电站，距上游已建成的安康水电站约 120km，距下游已建成的丹江口水库约 200km。工程的主要任务是发电，并兼顾航运等。工程规模属等大（2）型，按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。 蜀河坝址以上流域面积 49400km2，坝址处多年平均流量 732m3/s，水库库容 1.76 亿 m3，正常蓄水位 217.3m，死水位 215m，汛期排沙运行水位 212m，调节库容为 0.24 亿 m3，为日调节水电站。装机容量 270MW，保证出力 57.4MW，年平均发电量 9.53 亿 kw?h。 2 流域概况及洪水特性 2汉江发源于秦岭南麓陕西省宁强县境内的?冢山，自西向东穿行于秦岭山脉与大巴山系
3、之间，经陕西省的汉中、安康两市和湖北省的十堰、襄樊、荆门、荆州、孝感等市，于武汉市汇入长江，全长 1567km，流域面积 159000km2，为长江最大支流。 蜀河以上流域群山耸立，峡谷纵横，丘陵盆地相间。北部的秦岭山脉海拔高程在 2500m 以上，最高的太白山峰高约 3767m，阻滞了西北寒冷气流的长驱南下，成为我国南北气候分界线。秦岭山势北陡南缓、西高东低，西部褶皱紧密，东部山地开阔。南部的米仓山、大巴山大致和秦岭平行向东延伸，海拔高程较低，在 15002000m 之间；大巴山系其峰峰_ 作者简介：杨号，助理工程师，陕西省旬阳县蜀河镇，725721，09157648593。 之间的鞍形缺口
4、形成了南部水汽向本流域输送的通道。 流域山区植被较好，其分布具有明显的地域性和垂直性差异，即暖温带落叶阔叶林和典型亚热带常绿阔叶林之间的过渡性质，形成了南北多种森林植物共存的流域天然植被。森林覆盖率在 80%以上。浅山丘陵地带草木茂盛，间有小块耕地，土地垦植率低，川道盆地则是流域内工农业较发达的地区，土层较厚，土地垦植率高。 汉江上游水系呈羽状排列，蜀河坝址以上流域，北岸支流主要有褒河、胥水河、酉水河、金水河、子午河、池河、月河及旬河；南岸支流主要有玉带河、漾家河、濂水河、冷水河、牧马河、任河、洞河、大道河、岚河、黄洋河及坝河。一般来说，北岸支流源远流长，南岸支流除3牧马河、任河外，支流流程短
5、、比降大，汇流极快。 蜀河坝址以上洪水主要由暴雨形成，一般从 4 月下旬至 5 月末是桃汛期，7 月至 10 月上旬为主汛期，介于桃汛期和主汛期之间的 6 月份，既常常出现全年最低水位和最小流量，也可能发生洪水甚至全年最大洪水。年最大洪水在 310 月均有出现，但以夏季的 7 月份和秋季的 9 月份出现最多。夏季洪水，多由强度大、历时短、雨区范围不大的暴雨形成；秋季洪水，一般由稳定持久，雨区范围较大的暴雨形成，洪水历时长、洪量大。由于流域内山高坡陡，岩层透水性差，河槽调蓄作用小，以致洪水汇流速度较快，具有猛涨猛落，峰型尖瘦的特点。一次洪水过程一般 57 天。 安康站 1983 年实测最大洪峰流
6、量为 31000m3/s，而 1966 年最大洪峰流量仅 3550 m3/s，前者为后者的 8.7 倍，因此，本流域洪水年际变化较大。 3 建设水情自动测报系统的必要性 水情自动测报系统具有很强的实时性和较高的准确性，调度人员在中心站值班室可即时掌握流域内水雨情实况，并通过水文预报软件，在几分钟之内获得未来一段时间水库来水情况。 蜀河以上流域来水具有陡涨陡落，峰型尖瘦的特点，洪水汇流较快，来势凶猛，对水库调度威胁较大。虽然上游安康水库对洪水有一定的调蓄作用，但安康水库蜀河坝址区间仍有 13700km2 无控区间，有四条较大支流，区间洪水具有与干流洪水相似的特性，且往往与干流洪水同时发生。如 1
7、983 年和 1974 年，干、支流同时发水，区间洪峰流量达470008000m3/s。使用常规通信手段，可靠性差，预见期短，兴建蜀河水情自动测报系统，就可应用遥测、通信和计算机等技术，完成安康水库及安康水库蜀河坝址区间内各遥测站点水文气象参数的实时收集和处理，大大缩短数据收集、处理和预报作业的时间，为洪水预泄赢得宝贵的时间，增加水库防洪安全性。在洪峰过后，又可以即时下闸蓄水，拦蓄洪水尾部，恢复库水位，以利发电。 蜀河水电站的正常运行离不开洪水预报的支持。蜀河水库为日调节水库，水头低、库容小，汛期来沙量大，水库上游与规划中的旬阳水电站相接，库尾区还有旬阳县城存在，为了减少水库泥沙淤积，保持宝贵
8、的日调节库容，减轻水库回水对旬阳水电站（未建）和旬阳县城的影响，在汛期发生洪水时需降低水位运行，以利排沙。具体调度原则如下： （1）11 月到次年 4 月：控制库水位在 217.30 米运行。 （2）5 月10 月：采用分界流量控制坝前运行水位。当入库流量小于或等于 3000m3/s 时，电站运行水位为 215m217.3m 之间运行，并且当机组发电流量大于或等于 1560m3/s 时，开启排沙孔；当入库流量在3000m3/s5000m3/s 之间，电站降低库水位至排沙水位 212.0m，电站低水位运行发电；当入库流量大于或等于 5000m3/s8000mm3/s 期间，厂房表孔不过流，开启右
9、岸河床泄洪闸进行敞泄，降低库水位拉沙，尽量泄空水库；入库流量大于 8000m3/s 时（或上下游水头差小于 10.5m） ，机组不发电；当入库流量大于或等于 8000m3/s16900m3/s 期间，逐渐开启厂房表孔，尽量降低库水位泄洪、拉沙，继续泄空水库；当入库流量在大5于或等于 5 年一遇洪水流量 16900m3/s 时，开启右副坝表孔和安装间左孔，并且所有泄洪建筑物孔口全部开启敞泄。 因此，蜀河水库在汛期运行时，离不开洪水预报的支持，需要不断进行洪水预报作业，并在洪水来临时，根据预报的入库流量随时准备降低水位运行，以减少库区泥沙淤积。 兴建水情自动测报系统，也是水库优化调度和电厂办公综合
10、自动化的需要。系统收集的资料，为优化调度提供了可靠的基础资料，结合水库资料和电厂运行资料，通过优化调度可多发电量，提高发电效益。随着电力体制的改革，竞价上网成为一种趋势，迫切要求电厂提高综合管理自动化水平，水情自动测报系统也是一项重要内容和基础工程。 随着 2010 年 10 月 18 日蜀河水电站六台机组全部投产发电，电站工作重点由工程建设向生产经营过渡，蜀河水电厂企业管理将逐步实现正规化、节约化和现代化。水情信息人工收集需要的人员多、劳动强度大、可靠性低、实时性差、资料漏失率高，测报段次亦不能满足实时水情预报和调度的要求。而水情自动测报系统的测报工作均由处理器进行控制，并按预先设置的程序和
11、规则执行，无须人工干预，从而提高了测报精度，且实时性强、可靠性高，同时系统管理工作量少，运行费用低，可有效地实现少人或无人值守。 汉江流域电站梯级开发给企业现代化管理提出更高要求，蜀河水情自动测报系统的建设可全面实现和安康水情自动测报系统联网功能，为安康蜀河水库联调自动化和以后汉江流域梯级电站水库联调和异地调度打下良好的基础。 64 建立水情自动测报系统的可行性 水情自动测报系统是应用遥测、通信和计算机等技术，完成江河流域降水量、水位等水文气象参数的实时采集、报送和处理，通过水文预报和优化调度，提供水电站运行调度所需的水雨情参数，为防洪和发电决策提供科学依据的信息系统。石泉水库 1997 年已
12、经建成水情自动测报系统，15 个遥测站分布在汉江干流、牧马河、子午河等支流。安康水库1992 年建成水情自动测报系统，采用三级中继，分中心站、中继站、遥测站，中心站设在安康水调中心机房，中继站 5 个，为大东山、松林寨、大坝、火山、八台山；35 个遥测站分布在汉江干流、任河、渚河、大道河、岚河等支流上。 水情自动测报系统建设关键是通信手段，目前国内的公用通信技术和装备得到了飞速发展，VHF、Inmarsat-C、OminiTRACS、全线通、双星、VSAT、PSTN MODEM 通信、PSTN DTMF、GSM 短消息等通信方式在水情自动测报系统中都得到了应用，为水雨情信息准确、可靠、快捷的传
13、递打下了良好基础。 近年来水情遥测技术也得到了很好的发展，低功耗技术、多信道互为备份技术、固态存储技术在水情自动测报中开始进行推广和应用，新一代的多功能、多通信信道、可配备固态存储功能的遥测控制器开始投入应用，为系统联网奠定了坚实的技术基础。 根据蜀河水库特性，宜在安康水库蜀河坝址区间建设水情自动测报系统，系统规模不大，建设费用较低，且系统的建设可以较好地保证大坝的防洪安全，满足水库科学调度和运行管理的需要，在技术上和经济7上是切实可行的。 5 站网布设原则 （1）满足预报方案的要求。 （2）能反映测报系统覆盖范围内雨情和水情的变化。 （3）考虑水文站、雨量站资料的连续性和利用历史资料建立预报
14、模型的需要，尽量选用资料条件较好的现有测站，水位站位置一般不变动。（4）当现有测站不能满足预报方案要求或不足以反映测报区水雨情变化时，适当增设遥测站。 （5）雨量站的设置应充分考虑通信信道设计、交通情况和建设、运行、维护看管的要求，可以在原站址附近小范围调整位置。 6 测站规划分析 6.1 雨量站 在坝河桂花园以上流域布设兴隆、界岭、桃园、秋坪 4 个遥测雨量站；在吕河流域布设双河口、干沟口 2 个遥测雨量站；在旬河柴坪清泥湾向家坪区间布设两河关、青铜关、木王 3 个遥测雨量站。本系统共设置 9 个遥测雨量站。系统可根据不同预报方案选择不同位置建设雨量站控制区间流域降水。 6.2 水文站 （1
15、）为及时掌握区间四条较大支流的入库流量，分别在月河、黄洋河、坝河、旬河设立长枪铺、县河口、桂花园、向家坪遥测水文站。 （2）在旬河中游设立柴坪和清泥湾两个遥测水文站，以满足旬河洪8水的预报需要。 （3）由于蜀河水库为日调节特性、水位随入库流量变化波动很大，为及时反应库水位的变化、实时校正预报方案、实时校正其它手段观测的上游水位，在坝上设立遥测水文站。 本系统共设置 7 个遥测水文站。 6.3 水位站 为及时准确掌握机组发电水头的变化、实现水务报表自动计算目标，在坝下设立遥测水位站。 本系统共 1 个遥测水位站。 6.4 中心站 中心站设置在蜀河水电站中控楼，面积约 30m2,并作适当装修。中心
16、站计算机网络结构采用局域网服务器工作站结构，采用以太网技术，通过路由器与外部网联网（如安康水库水情自动测报系统等） 。中心站计算机网络应有相应通信接口，以实现与厂计算机监控系统、省公司水调、地方防汛部门的计算机通信。 7 通信方式分析 7.1 工作体制 目前，国际、国内的水文遥测系统通常采用自报式、应答式和自报应答兼容式工作体制。本系统采用自报确认式工作体制，即随机自报和定时自报的方式，对发送的报文要求收到确认信息。 7.2 通信方式 我国水情自动测报系统常用的通信方式主要有：短波通信、超短波9通信、卫星通信和电信公网通信等。其中卫星通信又包括国际移动卫星通信（Immarsat） 、同步卫星通
17、信（VSAT） 、神州天鸿（北斗星）卫星通信等。短波通信由于路径衰减及同频干扰现象严重、可靠性较差，目前已很少使用。目前应用最广的通信方式主要是超短波和卫星两种。 （1）超短波通信 超短波通信方式的优点是通信质量较高，受外界干扰较小，设备造价、运行费用低，但受地形、距离限制（当站距大于 50km 时需设中继站，但级数不宜超过三级） 。安康地区为山区，地势起伏比较大。如果选用超短波组网，需要建设多个中继站，且所选择的中继站全部位于没有道路的高山之巅，不但建设费用高，运行时的维护也非常困难。 （2）卫星通信 卫星通信方式，虽然费用稍高，但具有传输距离远、覆盖面广、通信质量好、可靠性高、受地形限制少
18、的特点，特别适合于地形条件复杂、实时性要求高的大、中型流域的测报系统，近几年成为水情自动测报系统的主流。 （3）GSM+卫星组网方案 采用 BEIDOU 卫星信道和 GSM 双信道混合组网方案，凡 GSM 覆盖地区，均选用 GSM 信道；GSM 没有覆盖的地区，选用 BEIDOU 信道。 根据蜀河水库及系统建设特点，本系统推荐采用北斗卫星+GSM 短信双信道通信组网方案。 8 洪水预报方案 目前短期洪水预报的方法有合成流量法和降雨径流法等。相对而言，10后一种方法的预见期比前一种方法的预见期长，但是由于蜀河水库的来水主要由安康水库泄流控制，降雨径流法基本上不适用。所以蜀河水电站洪水预报方案编制
19、的主要思路，是通过各种方法建立不同预见期的预报方案。预报的目标是蜀河坝址流量或入库流量。由于蜀河坝址没有实测流量资料，所以无法建立河系流量预报模型，只能根据安康、县河口、桂花园和向家坪水文站的实测流量或预报流量，采用合成流量法来预报未来的坝址流量或入库流量。 根据以上分析，蜀河水库的入库洪水预报方案采用安康流量和区间主要支流的流量合成来预报蜀河的入库流量，即 Q 蜀=Q 安+Q 向+Q 桂+Q县。四站中预见期传播时间最短的是向家坪水文站，为了增长洪水预见期，向家坪站可采用合成流量法，提前预报旬河的相应流量。 9 水情自动测报系统的功能要求 水情自动测报系统所用的软件主要由两大类组成：一是商用软件，含计算机操作系统软件、网络支撑软件、编程语言软件（高级编程语言、数据库编程语言） 、辅助软件（字处理、表格处理、防病毒软件等） ；二是应用软件，是为系统专门开发的特殊软件。商用软件具有较强的通用性，不同的系统可采用相同的软件，购买市场流行的软件即可，而应用软件的特点是通用性较差，不同的系统无法采用相同的软件，需特殊定制，自行开发。 水情自动测报系统应用软件一般包括下列模块：数据采集和处理子系统；数据库管理子系统；信息查询子系统；实时监视打印子系统；报警子系统；报表/打印子系统；值班及权限管理子系统；水务计算管理
