革什扎河流域水情自動測報系統建設

余 俊 良, 梁 貴 占， 楊 軍

(1. 四川革什扎水電開發有限責任公司，四川 丹巴 626302；2. 南京南瑞集團公司，江蘇 南京 211100)

1 概 述

革什扎河位于甘孜州丹巴縣境內，是大渡河上游右岸的一級支流，起源于金川縣境內的赫樸倫溝，干流全長94.4 km，全流域集水面積2 533 km2，平均坡降為31‰。

流域內群山屹立，河谷深切，分水嶺高程一般在4 500 m左右，為典型的高山峽谷地貌，氣候的主要特點是：雨熱同季，降雨集中，干濕季分明；氣溫日較差大，年變幅小；日照、光輻射充足，干季多大風。流域多年平均氣溫 14.3℃，極端最高氣溫和極端最低氣溫分別為39 ℃、-10.6 ℃；多年平均年降水量為593.8 mm，歷年一日最大降水量43.4 mm。革什扎河流域內洪水主要由大雨形成，大雨出現的時間與洪水出現的時間前后大致相應。革什扎河年最大洪峰流量發生在5～9月，其中6、7月份最多，占全年的73.3%，年最大洪峰最早出現在5月初，最晚出現在9月底，單、雙峰洪水出現的次數大致相當，單峰型洪水略多。年最大洪水歷時10 d左右，最長超過15 d，起漲約1～3 d。

經四川省發改委批準，革什扎河流域按“一庫四級”規劃水電站，規劃河段為丹東～河口段，全長64 km，天然落差1 434 m，平均比降22.4‰。規劃電站從上至下分別為：兩河口電站(82 MW)、二瓦槽電站(90 MW)、大桑電站(52 MW)、吉牛電站(240 MW)，總裝機容量46.4萬kW；現吉牛水電站已建成投產，上三級電站處于項目核準階段。

2 測報系統建設的必要性

革什扎河流域內除吉牛水電站減水河段的布科水文站(吉牛水電站發電后該站將喪失觀測功能)及邊耳雨量站外，基本無水情測報網站點；同時，流域內高山深壑，人煙稀少，人工測報方式在通信可靠性、實時性等方面保障率低。因此，為滿足電站施工期和運行期水情雨情信息預報要求，必須建立革什扎河流域水情自動測報系統。

3 系統的組成

3.1 功能要求

革什扎河水情自動測報系統的主要功能為實現雨、水情數據的自動采集、傳輸、處理、存儲；完成短、中、長期洪水預報作業；在惡劣天氣條件下，不中斷預報作業。

3.2 系統規劃

為實現全流域水情測報覆蓋，根據《水文站網規劃技術導則》并結合革什扎河梯級電站規劃，革什扎河水情自動測報系統共規劃了1個中心站、16個遙測站(1個水文站、5個水位站、10個雨量站)。其中雨量站、水位站、水文站為遙測站，通過北斗衛星通信和GSM通信主備信道方式將采集到的雨、水情信息傳輸給中心站；中心站位于吉牛水電站廠房，負責信息接收、數據處理、信息發布等工作。

3.3 遙測站

3.3.1 組 成

遙測站由通訊、傳感、供電、收集等設備構成。其中通信采用GPRS/GSM通信模塊與北斗衛星雙信道；數據采集器為南瑞生產的ACS300-MM；水位計的設置在壩址處為浮子水位計、廠址處為壓阻式水位計；雨量收集采用翻斗式雨量計；供電設備為太陽能板、充電模板及蓄電池。

遙測站組成情況見圖1。

圖1 遙測站組成示意圖

3.3.2 功 能

遙測站建成后經過實踐，不僅發揮了自動、實時采集數據和傳送信息的作用，同時還具備了在環境溫度-30℃～45℃及相對濕度小于95%的條件下能正常工作、完成全部水情數據收集和處理報送作業的時間不超過10 min、太陽能電池陰雨天連續45 d正常供電、超時發送時強制掉電、自檢和低壓報警與錯誤指示等功能。

3.4 中心站

3.4.1 組 成

中心站由硬件系統與軟件系統組成。

(1)硬件系統。

集群服務器： 2臺數據庫服務器(HP DL580 G7)； 1臺磁盤陣列(HP StorageWorks P2000 G3)。

通訊服務器、應用服務器及Web數據庫服務器： 各1臺(HP DL388 G8)。

內網工作站及外網工作站：內網3臺、外網1臺(HP Pro 3330MT)。

網絡設備和網絡安全隔離裝置：2臺內外網交換機、正向物理隔離裝置和反向物理隔離裝置各1臺，路由器、防火墻各2臺。

系統支撐設施：不間斷電源(UPS)、KVM及機柜。

(2)軟件系統。

軟件系統是整個水情自動測報系統的核心，包括操作系統和應用軟件兩部分。

①操作系統軟件。數據庫服務器采用Windows 2008企業版操作系統，其它服務器采用Windows 2008 標準版操作系統。數據庫管理系統采用SQLServer2008標準版。

②應用軟件主要采用南瑞水情水調自動化系統WDS9002，主要包括數據庫管理子系統、數據采集子系統、數據處理子系統、查詢子系統、實時監視子系統、顯示打印子系統、數據裝載備份子系統、圖形子系統、報表子系統、技術支持子系統、統計分析子系統、擴展子系統、WEB瀏覽子系統、正/反向隔離傳輸軟件、數據通信子系統、短信平臺軟件、水務計算軟件、短期水文預報軟件、中期水文預報軟件、長期水文預報軟件等。

中心站組成情況見圖2。

圖2 中心站組成示意圖

3.4.2 功 能

革什扎河自動測報系統中心站主要通過軟件系統實現水情預報的功能，其中數據采集、處理及發布系統是核心，同時通過正反向隔離系統實現安全功能。

數據采集系統主要利用RTU采集平臺收集數據。RTU采集平臺可獨立運行并通過單進程多線程結構(多個線程間可以實現故障隔離)控制不同的串行端口(通過計算機網絡)，支持多種通信方式傳輸的數據接收。

數據處理系統主要采用跨平臺的計算調度程序讀取數據并根據擬定的配置策略進行相應的定時計算，生成相應的調度日志，通過對采集到的實時數據進行時段(含5分鐘、小時、日、旬、月、年)整編。在數據處理方面實現了能夠處理瞬間模擬量和累計模擬量數據；數據處理后能計算并生成的小時數據、日數據、旬數據、月數據及時間點數據；能對延時到達數據進行自動重算；對于連續性越限和上下限越限的實時數據，在進行時段計算時自動數據篩選等多功能。

數據發布系統由數據通信軟件實現。數據發布系統主要具有以下功能：數據定時上傳功能；數據自動補傳功能；數據手動補傳功能；數據接收功能；支持冗余通信服務和網絡中斷恢復后自動重連機制；實現系統的高可靠性；運行日志及報警功能。

正反向隔離中正向型單比特版用于安全區Ⅰ/Ⅱ到安全區III的單向數據傳遞，反向型單比特板用于安全Ⅲ區到安全區Ⅰ/Ⅱ的單向數據傳遞；正反向隔離程序保證了數據的完整性、實時性、正確性、安全性等相關功能，做到了數據具有隔離的功能，互不影響。

4 水情測報方案

革什扎河流域水情測報主要通過已建立的水文預報作業平臺，為短期水文預報和中長期水文預報提供作業手段。其基本功能是依據實時數據庫內的實時水、雨情數據和預報方案，實現各項預報要素的制作和發布。

革什扎河流域水情測報主要分為短期水文預報和中、長期水文預報。

4.1 短期水文預報

革什扎河短期水文預報主要包括降雨徑流預報和河道流量預報。主要提供1 h、3 h、6 h、12 h預見期的洪峰及水位、流量過程，并提供24 h、48 h、72 h的平均流量，3～7 d水情趨勢預測。

短期水文預報根據流域水系分布、測站以及電站的布設情況，將預報區域劃分為幾塊，塊內再考慮降雨分布的不均勻性劃分為若干單元預報。每個單元徑流模型做產流計算，應用河道匯流模型做匯流計算，并根據歷史水文資料對預報結果進行論證修正。塊內預報流程見圖3，日徑流預報流程見圖4。

4.2 中期水文預報

革什扎河流域中期水文預報項目包括2～3 d的水位流量預報，3～7 d水情趨勢預測，制作預報方案以及庫區壩址以上來水量的預測。考慮到日徑流預報要求結合天氣預報進行，故未來降雨對流域來水的大小起到至關重要的作用，因此，革什扎河日徑流預報擬采用能接入氣象降雨信息的概念性水文模型進行，選用新安江日徑流預報模型與數字流域相結合進行日徑流預報。

圖3 短期塊內預報流程圖

圖4 日徑流預報流程示意圖

4.3 長期水文預報

革什扎河流域長期水文預報主要對未來的水情以月或旬為時段對重要斷面或水庫入庫來水過程進行預測，為長期發電計劃提供入庫來水依據。革什扎河長期水文預報的技術途徑為水文學與氣象學、數學之間的結合，即采取系統分析法加氣象預報的方法。系統分析法主要以人工神經網絡、門限多元回歸及支持向量機等單一預報模型為基礎，再通過最優組合確定模型權重，完成中長期水文預報并保證其精度。

5 結 語

革什扎河流域水情自動測報系統現已建成，并基于計算機控制具備了水情數據自動分析、采集、處理、傳輸的條件；達到了及時為革什扎河梯級電站施工以及電廠運行防汛、調度優化提供準確水情信息的功能；同時，也即將為革什扎河建設公司在工程施工，綜合、科學利用水資源，解決發電與防洪矛盾，實現全流域聯合優化調度、增加綜合效益等方面的相關事項決策過程中提供重要依據。