鬧德海水庫水文自動測報系統的建設與應用

劉文榮，李國平，蘇秀穎

(1.遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調工程建設局，沈陽 110003)

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鬧德海水庫水文自動測報系統的建設與應用

劉文榮1，李國平2，蘇秀穎1

(1.遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調工程建設局，沈陽 110003)

水文自動測報系統是應用遙測、通信和計算機等先進技術來實現水文數據的自動采集、傳輸和處理，這種現代化水文信息系統，已經成為水庫洪水預報調度的重要組成部分。文章以鬧德海水庫水文自動測報系統為例，闡述了系統的建設以及在防洪供水調度中的應用情況，并提出增加沙情自動監測站的建議，為多泥沙河流水庫開展水沙調度研究提供科學依據。

鬧德海水庫；水文自動測報系統；預報調度；建設與應用

1 鬧德海水庫概況

鬧德海水庫是多泥沙河流柳河上唯一一座大(2)型控制性水利工程，最大庫容2.17億m3,控制流域面積4051km2。鬧德海以上流域屬于半干旱地區，流域內沙丘、溝壑、漫崗、坨甸等地形復雜多變，各地產匯流條件各異，洪水特點為水少沙多、暴漲暴落。多年平均降雨量407 mm，多年平均徑流量2.04億m3。降雨徑流均主要集中在6—9月，其中降雨占全年的70%以上、徑流占全年的50%以上；多年平均含沙量32.7kg/m3，多年平均輸沙量996萬t，其中汛期來沙量較為集中，占全年的90%以上。

水庫自1942年建成以來，曾經抵御了20余次入庫洪峰1000m3/s及以上的較大洪水，削減洪峰達70%以上，保障了水庫下游彰武、新民兩座縣城、輸油管路、鐵路、公路、農田和人民生命安全。1970年工程改建后，調度運用方式由“全年敞泄”變為“蓄清排渾”，每年可向下游提供5000 萬 m3左右農田灌溉用水；1994年加固后，水庫又開始承擔了阜新市近30%的城市供水任務，成為了阜新市重要的水源地。

2 鬧德海水庫水文自動測報系統建設情況

為實現實時收集流域內的各類水情信息，適時作出水情預報(如洪水預報、旱情預報、洪災預報),爭取預見期，為防洪、興利和水利調度提供科學依據，最大限度地減少以致避免洪水、旱災造成的損失，最大限度發揮水庫綜合效益，鬧德海水庫水文自動測報系統于1989年完成初建。隨著科技的發展進步，結合鬧德海水庫實際，分別于1992年、2001年、2006年對系統進行了改造升級，目前采用的是南京水利水文自動化研究所研發的產品[1]。系統主要包括20個雨量站、4個水位站、1個中心站，1個中繼站。遙測雨量、水位等信息采用超短波為主信道、GPRS為輔助信道的方式進行數據傳輸，超短波信道通過阿其馬山中繼站轉發至中心站，GPRS信道直接向中心站發送水情數據信息流程圖見圖1。

圖1 系統信息流程

系統終端設備統一采用YDH-1系列，具有設備兼容、數據兼容、中心站數據接收和處理可以無縫連接的特點。測站為無人值守有人看護式，筒式結構。中繼站設備設于高山站房內，站房外建有12m通訊塔，同時分別在鐵塔附近和山下埋設接地網，實現了設備防雷保護更安全可靠[2]。受供電條件限制，測站和中繼站設備均采用太陽能浮充電池的供電方式，中心站采用220V交流電源為主供電，配備蓄電池組作為備用電源。

遙測站設備主要有雨量傳感器或水位傳感器、遙測終端機、電臺、天饋線、同軸避雷器、太陽能電源、蓄電池和配套的各種插件等。其主要任務是及時準確的將傳感器的水文參數自動采集、編碼、處理、發送到資料收集中心。雨量采集設備為精度0.5 mm的翻斗式雨量計；水位觀測設備為雷達水位計，水位每升降1cm時，自動向接收方發送數據，每隔5 min定時采集。中繼站采用數字再生式中繼儀，并配置收發信機、收發天饋線等傳輸設備。處于遙測站與中心站之間，其主要作用是接收遙測站超短波信號并轉發至中心站，以避開樹林、山和較高建筑物等的阻擋，使得信號不至于減弱。中心站主要設備有天線、饋線、同軸避雷器、通信電臺、調制解調器、計算機等。計算機配置為雙機運行方式，一臺工業控制機供水情測報系統做資料接收及數據處理，另一臺品牌微機供防洪預報使用。工業控制機安裝有NSY_SQ多通道水情數據采集軟件和分析入庫軟件，將接收到的水情信息進行存儲和處理，為水庫洪水預報調度提供水文信息支持。系統軟件是在WINDOWS平臺上開發的水文自動測報多媒體軟件，為滿足系統運行和數據處理功能，同時配置操作系統軟件、系統控制及通信軟件，修改原實時數據處理軟件、歷史資料數據處理軟件、預報作業軟件、防洪調度分析軟件等[3]。

3 水文自動測報系統在鬧德海水庫防洪供水調度中的應用

鬧德海水庫水文自動測報系統建成與應用，可實時、快速、準確地采集和傳輸水、雨情信息，調度人員根據流域實時降雨時空分布情況，利用洪水預報軟件及時作出洪水預報，并擬定出科學合理的調度方案，為領導調度決策提供了依據，實現了水庫綜合效益最大化目標。

鬧德海水庫所在的柳河為多泥沙河流，汛期來水多為高含沙水流，同時水庫可調節庫容非常小，汛限水位174m，相應庫容620 萬 m3；而供水最低保證水位170m，相應庫容也只有330 萬 m3，汛期發生過程洪量超過500 萬 m3洪水就將攜帶一定量泥沙入庫，如果調度不當，不能充分利用異重流排沙，極易形成渾水水庫，取水口濁度也將無法滿足供水水質要求，從而直接影響阜新供水安全，而供水最低保證水位與汛限水位之間可調節的庫容也只有290 萬 m3，供水調度難度極大。為盡可能減小防洪、排沙和供水之間的矛盾，水文自動測報系統收集到水雨情信息的準確度則顯得尤為重要。特別是2000年以來受全球極端氣候的影響，處于遼西地區、科爾沁沙漠邊緣地帶的鬧德海水庫流域降雨徑流更是明顯減少，出現超過100m3/s洪峰的機率都很少，利用異重流排沙的機會也極少，水庫泥沙淤積逐年加重，不但直接影響到了水庫壽命，也給供水安全帶來了必然的潛在威脅。為此，鬧德海水庫調度人員在研究水沙運動規律基礎上，根據水文自動測報系統采集到的水雨情信息進行洪水預報，研判分析，不放過每一次小洪水機會，充分利用水庫河道坡降比較大的優勢，科學擬定調度方案，積極開展小流量異重流排沙實踐，在庫內蓄清水和上游高含沙洪水比例幾乎相當情況下，實現了排沙、供水兩不誤，取得了良好的調度效果。應用水文自動測報系統，為鬧德海水庫科學預報調度提供了依據，為實現水庫綜合效益最大化目標提供了保證。近年水沙調度情況詳見表1。

表1 2000年以來出入庫水沙摘錄統計

從表1中可以看出，只有2005年壩前最低水位低于取水口最低控制水位，直接對供水造成了影響。原因為2005年入庫洪峰達到了295m3/s，按照調度規則，水庫應泄空，但為了減小對供水的影響，僅僅放空一天便關閘蓄水，因此，大量泥沙也淤積在了庫內。經統計分析歷年水沙規律，當入庫洪水含沙量超過100 kg/m3時，入庫洪峰達200m3/s以上時，應敞泄運用3～5d，待洪水過后再蓄水，將取得更好的排沙效果，減少水庫淤積量，但將影響供水7～10d左右。因此，充分利用水文自動測報系統采集的水雨情信息，通過科學調度利用異重流排沙，則更顯得尤為重要。

4 結 語

隨著社會的不斷進步，科技信息化的迅猛發展，系統化管理工作的不斷加強，水庫綜合功能的逐步實現，作為東北地區典型的多泥沙河流水庫，在水文自動測報系統建設方面還有可深入研究的空間，例如：開展多泥沙河流水庫沙情自動監測工程，建立入庫站沙情自動監測站，增加匯流后的流量和沙量監測，完善出庫和下游河道水沙觀測；增加異重流監測，觀測異重流潛入條件和潛入點，進行洪水期回水末端和壩前段含沙量垂向分布觀測等，從而增加水文自動測報系統建設工作內容，為多泥沙河流水庫開展水沙調度研究提供科學依據。

[1]賈瑞紅.水情自動測報系統在水利工程中的應用研究[J].水利規劃與設計，2014(03)：26-28.

[2]段浩清.水情自動測報系統在唐徠渠水量調度中的應用研究[J].環境科學與管理2013(12)：77-80.

[3]梁志海等.太平灣電站水情測報自動化系統的建設與應用[J].大壩與安全，2009(12)：61-63.

文章編號：1007-7596(2016)08-0122-02

[收稿日期]2016-07-21

[作者簡介]汪家樂(1964-)，男，江西興國人，工程師。

TP274

B

1007-7596(2016)08-0148-03

2016-07-15

張水平(1965-)，男，江西新余人，工程師，研究方向為農村水利建設管理。