基于大伙房水庫水文自動測報系統更新改造

李慶榮，孫志勇，孫 雷

(遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧撫順113007)

大伙房水庫位于遼河支流渾河中上游，坐落在遼寧省撫順市境內，水庫控制流域面積5 437 km2，水庫總庫容22.68億m3，是渾河干流上的控制性骨干工程，壩址距撫順市18 km，距沈陽市68 km。水庫擔負著沈陽、撫順兩市的防洪安全，以及兩市工業、城市用水和下游8.6萬hm2農田灌溉等任務，是一座防洪、供水、灌溉、發電、養魚等綜合利用的大型水利樞紐工程。工程于1954年4月開工，1958年9月竣工。

1 水庫水文測報自動化系統概述

大伙房水庫水文自動測報系統第一批產品是由遼寧省大伙房水庫管理局與中科院沈陽自動化研究所于1986年共同研制，1988年開始投入實際運行的，是我國較早建成應用的水文自動測報系統之一。水文測報自動化系統的建立，使大伙房水庫預報調度規劃得以實施，水庫預報調度系統是大伙房水庫提高效益的非工程措施的重要組成部分，為水庫發揮更大的規劃效益做出了貢獻。大伙房水庫水文自動測報系統是遼寧省水文測報自動化系統中最早的一代產品，也是沈陽自動化所的首批產品，系統應用后發現很多問題，其后沈陽自動化研究所對系統進行了不同程度的更新改進，但是仍然無法從根本上解決所有問題，2005年大伙房水庫管理局結合水庫除險加固對原系統進行了徹底的改擴建，改擴建工程由南京南瑞集團公司承建，工程于2006年竣工，改造后的系統技術水平和運行質量達到了國內先進水平。

2 改造前的系統

2.1 改造前系統概述

大伙房水庫于1988年建成水文自動測報系統。系統覆蓋大伙房以上流域和大伙房～沈陽區間。測區內設有遙測雨量站21個，其中水庫以上流域(5 437 km2)14個，大伙房～沈陽區間(2 482 km2)7個;設有遙測水文站3個，遙測水位站2個，中繼站4個，中心站1個。在22個遙測雨量站中，有8站通過2級中繼傳輸到中心站，有2站無中繼傳輸到中心站，其它各站1級中繼傳輸到中心站。

2.2 系統改造前運行情況

大伙房水庫水文自動測報系統自投入使用以來，基本能正常運行，汛期為水庫調度提供雨情、水情數據，滿足了水庫調度對水、雨情資料的要求，尤其是1995年水庫上游發生了1000 a一遇的大洪水，在有線報訊系統全部中斷運行的情況下，水情測報自動化系統穩定運行，及時準確提供雨情、水情數據，為入庫洪水預報及水庫洪水調度提供了唯一可靠的數據來源，從而使水庫能夠準確預報、科學調度，戰勝了這次大洪水。

2.3 系統改造前設備老化及損壞情況

大伙房水庫水文自動測報系統經過10幾年的運行，系統設備出現了不同程度的老化和損壞，系統的維修量越來越大，每年汛期運行3個月，平均外出維修次數達30次。設備的主要問題包括:水位筒設備老化，致使穩水效果不佳;雨量站由于長期在野外風吹雨淋，致使部分雨量筒腐蝕嚴重;集雨漏斗、翻斗等部件發生嚴重損壞;中繼站遭雷擊使蓄電池、電臺部分損壞;系統設備的老化及損壞加大了管理人員的維修量，也使系統的穩定性、準確率明顯降低。

2.4 改造前系統在運行管理中存在的問題

大伙房水庫水文自動測報系統建設較早，投入運行時間較長，系統老化，系統誤差較大，例如，“95.7”洪水自動測報雨量較人工值偏大8%，“01.8”洪水自動測報雨量較人工值偏大12.2%，2002年汛期幾場大雨自動測報雨量較人工值平均偏大11.4%，造成這種系統誤差的原因:①自動測報的雨量筒與人工站的雨量筒安放高程不一致，自動測報雨量筒一般位置較高;②系統老化及其帶來的一系列問題，其中主要問題如下:遙測雨量站密度不夠;部分測站及中繼站信道不好;缺少入庫水文站和水庫總出庫站等。此外還存在設備工藝差，穩定性低，抗干擾能力弱，中繼站防雷、防盜措施跟不上等問題。

3 改造后的系統

針對原系統存在的問題，2005年大伙房水庫對水文測報自動化系統進行了徹底的改造，采用招投標的方式，由南京南瑞集團公司承擔完成大伙房水庫水文測報自動化系統改造，對系統測區內進行了加密降雨測站和增加輔助信道，極大地提高了測報系統的安全性和可靠性。

3.1 改造后系統概述

改造后的大伙房水庫水文自動測報系統(以下簡稱新系統)由34個遙測站、5個中繼站和1個大伙房水庫調度中心站構成。

測報系統的通信以大伙房水庫為中心，設西鐮刀灣(448.0 m)，三塊石山頂(1 073.8 m)，煙筒山(814.6 m)、北大嶺(555.9 m)、西大頂(745.9 m)5個中繼站，遙測站含25個雨量站、6個水文站和3個水位站。新系統測站情況見表1，新系統測站分布見圖1

表1 大伙房水庫水文自動測報系統測站匯總表

圖1 大伙房水庫水文自動測報站分布

3.2 新系統組網方式

本系統遙測通信網信道為VHF/GSM/衛星3種通訊方式的混合信道組網方案。根據各遙測站現場環境，綜合考慮VHF、GSM、衛星信道3種通信方式的特點，進行數據傳輸。

系統采用230 MHz頻段(水文專用頻段)的超短波為主通信信道，公網GSM短信為輔助信道，2005年時其中4處(于家堡、樹基溝、南章黨、占貝)衛星信道為輔信道，1處(熬牛)單衛星信道。2006年修改為4處(四道河、樹基溝、南章黨、占貝)衛星信道為輔信道，熬牛站為GSM主信道，衛星信道為輔信道雙信道方式。將小寨雨量站的傳輸路徑改為小寨－三塊石中繼站－水庫中心站。新系統組網見圖2。

圖2 大伙房水庫水文自動測報系統改造后通信組網圖

3.3 新系統運行情況

新系統2005年開始建設，2006年正式投入運行，經過2006年、2007年兩個汛期的運行，整個系統運行穩定，維修量少。2006年汛期共發生4場較大降雨，系統暢通率達到99%，自動化與人工觀測雨量總平均誤差1.41%，總體精度達到98%。2007年系統暢通率達到99.8%，自動化與人工觀測雨量總平均誤差3%，總體精度達到97%，能夠滿足水庫預報調度的要求。

3.4 新系統的技術特點及技術創新

目前的大伙房水庫水文遙測系統具有以下特點和創新之處:

1)在組網方式上，采用VHF單頻組網、VHF與GSM/北斗衛星混合組網及雙備份組網相結合的集中組合方式，體現了經濟性、安全性及先進性的有機統一，符合國內外通信組網技術的發展趨勢。

2)在通信技術應用方面，采用信號加密和數字編碼識別技術，并設計成中心站接收后確認方式，顯著提高了系統的抗干擾能力，在通信頻段內降低了對背景噪聲的要求和接收設備的門限電平，此項技術在國內水文遙測系統的通信中處于領先水平。

3)在抗雷擊技術應用方面，采用法拉第等電位原理設計的等電位屏蔽筒(法拉第筒)，通過實際應用，此項技術較傳統技術大大提高了測站抗雷擊能力，法拉第筒抗雷擊技術所具有的成本低、安全可靠的優點居國內外領先水平。

4)在數據遠程召測方面，系統設計了中心站對測站設備參數的遠程召測功能，在數據補測方面，利用備用信道設計了補取數據功能，可以由中心站發出指令，要求哪一個測站向中心站即時發回數據，中心站根據時標，要求測站發回哪一時段的數據，也可以是整個汛期的數據，遠程召測和補取數據技術解決了水文遙測系統工程中因漏測數據而影響后續的洪水預報作業和制定調度方案問題，提高了系統的可靠性和安全性。

3.5 新系統在運行中存在的主要問題

通過兩個汛期的運行，發現系統還存在以下問題:

1)個別站點超短波(VHF)信道還是不太暢通，經常啟用備用信道，由于目前公網GSM信道和北斗衛星信道比較可靠，所以不會造成測站信號的丟失。

2)個別雨量測站來大數問題，目前還沒有解決。

3)中心站屢次出現死機現象，這可能與應用軟件系統、計算機系統、網絡系統的配置有關，目前還未徹底解決。

4 結語

隨著科技水平不斷的發展，水文自動測報系統在水庫管理中的作用越來越突出，它可以使水庫調度人員及決策部門在第一時間內掌握水雨情，在防洪減災及提高水庫效益方面發揮重要作用。我國自1978年開始進行水文自動測報系統建設的試點工作，到20世紀80年代末的10余年間，全國共建成各類系統約50個，而到1999年4月，全國已建和在建的水文自動測報系統達482處，但20世紀90年代中期以前修建的水文自動測報系統受當時技術條件和工藝水平的影響，現在急需更新改造，希望大伙房水庫水文自動測報系統的更新改造的經驗能給其他系統的改造提供借鑒，以使水文自動測報系統在水庫管理中發揮更大的作用。

［1］ 水情自動測報系統技術規范 SL61－2003［S］.水利部行業標準.

［2］ 孫增義.水情自動測報技術基礎及其應用［J］.北京:中國水利水電出版社，1999.