長洲水利樞紐水情自動測報系統總體設計探討

唐建榮，王 琦

（1.中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，南寧 530007；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710060）

長洲水利樞紐水情自動測報系統總體設計探討

唐建榮1，王 琦2

（1.中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，南寧 530007；2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710060）

介紹了長洲水利樞紐水情自動測報系統建設目標、范圍、站網布設及水文預報方案，根據長洲水利樞紐和所在流域的特點，在已建“西江預報系統”和已建電站水情自動測報系統基礎上改造建設長洲水利樞紐水情自動測報系統，可以降低成本避免大量重復投資。該系統對樞紐水情進行自動預報的同時，還兼顧了庫區防護片的水位及雨情預報，達到一個系統多個應用的目的。

水情；自動測報；預報；遙測站；站網；長洲水利樞紐

1 概述

長洲水利樞紐位于珠江流域西江水系干流潯江河段，下距梧州市區約12km，是西江下游廣西境內的最后一個梯級。樞紐橫跨兩島三江，大壩總長3.5km，最大壩高56m，共安裝15臺單機42 MW的燈泡貫流式機組，總裝機容量630 MW，壩址以上集水面積為308 600km2，占西江流域面積的87.4％。流域水系圖見圖1。

圖1 長洲水利樞紐流域水系圖

長洲水利樞紐是一座以發電為主，兼有航運、灌溉等綜合利用效益的大型水利樞紐，是國家“西電東送”計劃和廣西實施西部大開發戰略的重點項目。在同類型水電站中，其大壩最長、船閘規模巨大、機組最多、水輪機轉輪直徑和容量為世界第一。

2 系統建設的必要性

（1）長洲水利樞紐是廣西桂東地區唯一大型骨干電源，不但可為桂東發展提供充足電力，而且有效改善廣西電網電源布局和潮流結構，大幅度提高電網運行的安全可靠性和經濟性，同時還是“西電東送”主通道的主要支持電源點。

（2）長洲水利樞紐渠化桂平以下干流航道159km，淹沒險灘22處，將大幅度提高運輸能力、降低運輸成本，促進西江航運和地方經濟的發展，是廣西區打造“黃金水道”的有效保障。

（3）長洲水利樞紐可解決潯江平原近百萬畝耕地的干旱威脅，有利于沿岸大規模發展養殖業，有利于加快西江兩岸的旅游業發展。

綜上所述，長洲水利樞紐興建在大江大河上，水庫運行方式必須首先服從國家防汛指揮中心和自治區防汛指揮中心的指揮，樞紐本身要滿足防汛需要，保證洪水期安全渡汛。其次才能考慮充分利用水能資源，爭取多發電，并要兼顧航運和灌溉，在滿足通航的條件下盡可能發揮電站在電網中的調峰作用，只有通過現代化的水情自動測報系統才能保證樞紐安全并實現和發揮其功能，因此建設長洲水利樞紐水情自動測報系統是完全必要的。

3 系統建設目標和范圍

3.1 系統建設目標

水文自動測報系統的建設應滿足工程任務的需要，根據長洲水利樞紐調度要求，長洲水利樞紐水情自動測報系統應具有如下主要功能。

（1）滿足廣西電力調度關于水電站每日水情和負荷曲線預報的要求，至少能夠提前39h測報干流到達長洲水利樞紐壩址斷面的入庫流量，至少能夠提前18h測報區間到達長洲水利樞紐壩址斷面的入庫流量。

（2）能夠實時測報長洲庫區、壩前、壩后水位，能夠實時測報長洲水利樞紐的出庫流量。

（3）提供航運所需的水情信息。

（4）能夠滿足長洲水庫汛期動態水位調節的要求。

（5）庫區內水情測站的布置應盡量與庫區防護泵站、護坡護岸、電灌站或涵閘改造相結合，以便于施工和管理；適當考慮庫區各排澇泵站運行的水情測報需求。

（6）采用Web的形式，可實現數據的發布、查詢并提供表格和圖形等顯示方式；滿足水庫概況、綜合實時水情信息、水庫計劃運行的信息、靜態關系曲線的數據信息等相關信息查詢與發布。

（7）滿足水情測報相關技術規范的要求。

3.2 系統建設范圍

（1）干流段建設范圍。本系統要求干流預報期不小于39h，根據西江流域主要水文站平均傳播時間統計，可知道長洲壩址以上各主要控制站到長洲壩址的傳播時間，滿足該條件的控制站見表1。由表1可知，用對亭站、紅花電站、橋鞏電站、貴縣站作為本系統的控制站可以滿足干流預報期不小于39h的要求，因此本系統的干流建設范圍定為以上各控制站到長洲壩址，即洛清江對亭站、柳江紅花電站、紅水河橋鞏電站、郁江貴縣站到長洲壩址之間，干流段建設范圍的流域面積為25 826km2。武宣站、大湟江口站預報期不足39h，但可用于校驗和修正本系統干流來水量。

表1 干流站點傳播時間表

（2）區間建設范圍。武宣站、貴縣站控制的集水面積分別為196 655km2和89 235km2，占長洲壩址以上的92.6％，所以長洲壩址的來水主要來自黔江武宣站以上和郁江貴縣站以上的來水組成，其來水量可以在下游大湟江口站得到預報，因此把大湟江口以下來水量較少的這部分流域作為區間流域考慮。因區間預報期要求不少于18h，根據傳播時間分析，大湟江口到壩址的傳播時間為21h，因此以大湟江口、岑溪、南渡、容縣、太平水文站和長洲壩址之間的雨量站遙測數據來預報區間的來水量，即以大湟江口、岑溪、南渡、容縣、太平水文站和長洲壩址之間作為本系統區間的主要建設范圍，其流域面積為12 328km2。

4 站網規劃

4.1 站網布設方案比較

西江流域水文部門已建有“西江中下游洪水預警預報系統”（以下簡稱“西江預報系統”），其站網布設位置即該部門原人工觀測測站處，西江干支流已建的電站均建設了完善的水情測報系統，長洲水情測報系統的站網方案結合“西江預報系統”的站網和已建電站的水情測報系統，有3個站網方案可供選擇。

（1）方案一：對“西江預報系統”和已建電站的遙測站進行技術改造，增加相應的數據發送裝置，使之具備一站多發的功能。

（2）方案二：利用水文部門已建成的“西江預報系統”，由水文部門提供水情測報服務。

（3）方案三：新建所有遙測站和中心站。

根據國家相關規范要求，開展水情測報工作時，應以現有水情站網為基礎布設水情遙測站網，在滿足測報要求前提下以最經濟的系統規模和投資布設遙測站網。方案三由于投資太大，不宜采用?！拔鹘A報系統”的主要目的是防洪防汛，屬于水文部門所有，其系統功能不能完全達到樞紐水情預報的要求，且對其管理和運行均無法控制，從而無法確保樞紐得到連續、及時、準確、可靠的水情預報結果，因此也不宜采用方案二。而方案一則完全滿足國家規范和長洲水利樞紐的預報要求，因此在與水文部門和相關電站主管部門協商后長洲樞紐站網布設選擇方案一。

4.2 站網布設

根據站網布設方案和現場察勘后確定本系統的建設規模為：

（1）1座中心站：新建；

（2）11座水文（位）遙測站：都是通過改造后與水文部門共同使用，其中太平站、金雞站、容縣站、南渡站、岑溪站用于區間預報，平南站和藤縣站除用于干、支流預報外，還用于庫區防護片的水文監測；

（3）紅花、橋鞏2座電站的出庫站：已建，直接采集電站出庫數據作為上游2條干流的來水控制站；

（4）長洲水利樞紐監控系統中的壩址上游、下游內江、下游外江3個水位站：已建，直接采集數據。

（5）20個雨量遙測站：均為水文部門遙測站點，改造后與水文部門共同使用，都用于區間預報，處于防護片的站點還兼顧防護片的雨情預報；

本系統區間共可采集到29個雨量遙測數據，雨量遙測數據密度為425km2／站，我國已建的水情自動測報系統站網密度多在250km2/站～600km2/站之間，故本系統的雨量遙測站點密度是比較合理的。

本系統主要遙測站布置見圖1（省略雨量站），站點詳細情況見表2。

表2 主要遙測站點列表

5 水文預報方案

本系統干流建設范圍25 826km2，區間建設范圍12 328km2，水系發育，支流眾多，產匯流情況復雜，因此需采用多種方法相結合來預報。

柳江紅花電站出庫流量與洛清江對亭水文站來水匯流進入柳江干流，柳江干流來水與紅水河干流橋鞏電站出庫流量匯合進入黔江武宣水文站，黔江武宣水文站來水與郁江貴縣水文站來水匯合進入潯江干流大湟江口站，然后匯入平南站，平南站來水與潯江支流蒙江太平水文站來水及潯江支流北流江金雞水文站（包括容縣站、南渡站、岑溪站）來水匯合，最終進入長洲水利樞紐壩址，形成長洲入庫水量。

以上各個干流來水預報可以采用河段洪水預報（馬斯京根等方法）進行匯流演算而得，大湟江口到壩址區間的來水，可以采用新安江模型和河段洪水預報相結合進行預報。

在整個系統中有如下水文控制站：對亭站、橋鞏電站出庫站、紅花電站出庫站、貴縣站、武宣站、大湟江口站、平南站、藤縣站、金雞站（包括容縣站、南渡站、岑溪站）、太平站。根據這些水文控制站的實測流量，利用動態實時校正模型對洪水預報結果進行實時校正，經過以上逐級預報及校正，最終形成長洲壩址的洪水預報結果，具體預報方案見圖2。

圖2 預報方案示意圖（省略區間預報的示意圖）

6 通信方式及工作體制

遙測站與中心站、中心站與上級部門、中心站與各調度機構等有關部門之間的通信，要經過合理的設計，才能保證各系統數據迅速、可靠、準確、方便地傳輸。

經信道測試，本系統工作范圍移動部門均布設了完善的GSM網絡，完全能保證本系統的通信要求，因此本系統選用GSM通信作為通信方式。目前國內水情自動測報系統常用的工作體制有3種：應答式、自報式、混合式（兼容式），自報式是目前采用的主流制式，得到了非常廣泛的應用，因此選用自報式作為本系統的工作體制。

考慮到整個西江流域未來水資源的統一調度和信息資源共享，本系統建設時還考慮預留軟硬件接入端口以用于將來擴充。

7 結語

長洲水利樞紐是以發電為主、兼顧航運和灌溉的綜合效益工程，其運行、調度均較為復雜，只有根據水情自動測報系統實時數據才能實現并發揮其最佳功能。本規劃方案根據樞紐和所在流域的特點，在已建的“西江預報系統”和電站水情自動測報系統的基礎上改造建設為長洲水利樞紐水情自動測報系統，避免了大量重復投資，同時系統在保證樞紐水情自動預報的同時還兼顧了區間防護片的預報，這種思路是可行的。其后，長洲水利樞紐水情自動測報系統實施階段，也基本按這個思路細化完善和優化，系統建成后，也基本達到了樞紐對水情自動測報的功能要求。

（責任編輯：劉征湛）

Overall design of hydrological data auto-acquisition and transmission system for Changzhou Hydraulic Project

TANG Jian-rong1，WANG Qi2
（1.Guangxi Electric Power Design Co.，Ltd.of China Energy Engineering Group，Nanning 530007，China；2.Northwest Engineering Co.，Ltd.of China Power Construction Corporation，Xi’an 710060，China）

An introduction was made on the hydrological data auto-acquisition and transmission system of Chang?zhou Hydraulic Project，including the construction purposes，scope，distribution of station network and hydrologi?cal forecast scheme.This system was designed taking into account the characteristics of the river basin where the project is located and the conditions that the Xijiang River Forecast System as well as the automatic regime forecast system of power station had been constructed before，which permits reduction of cost and avoids overlapping invest?ment.This system is a multi-purpose one incorporating automatic regime forecast for Changzhou Hydraulic Project with forecast of level and rainfall for reservoir protective area.

Waterregime；automaticforecast；forecast；telemetrystation；stationnetwork；ChangzhouHydraulicProject

TV697.11

B

1003-1510（2016）05-0052-03

2016-07-25

唐建榮（1969-），男，廣西南寧人，中國能源建設集團廣西電力工業勘察設計研究院有限公司工程師，學士，主要從事水利水電規劃設計工作。