貴州省萬壩水庫水情測報系統設計淺析

李茂斌

（貴州中水建設管理股份有限公司，貴州 貴陽 550002）

科學、合理的水庫水情測報系統設計，不僅能夠保證萬壩水庫的安全運行，而且可以有效地減小外界環境因素對水庫產生的影響，提高水資源的利用率，先進的水情測報系統對萬壩水庫的管理及運行至關重要。鑒于此，本文圍繞萬壩水庫水情測報系統設計展開分析。

1 工程概況

萬壩水庫位于貴州省德江縣沙溪鄉舒家村黃泥溪，河流黃泥溪河屬于長江流域烏江水系馬蹄河二級支流，一級支流為塘壩河。水庫正常蓄水位為1173 m，死水位為1163 m，興利庫容為77萬m3，總庫容為112.8萬m3，為多年調節水庫，工程等別為Ⅳ等，工程規模屬小（1）型。水庫由主庫和副庫通過連通隧洞連接而成，主庫河流為小溝河，副庫河流為黃泥溪河，黃泥溪河發源于舒家村黃泥溪，河源高程為1368 m，于黃泥溪匯合小溝河后進入伏流。黃泥溪河全流域集水面積為1.49 km2，主河道長2.18 km，河道平均比降為67.6‰。小溝河發源于舒家村觀音山，河源高程為1400 m，于黃泥溪匯合黃泥溪河后進入伏流。小溝河全流域集水面積為1.16 km2，主河道長1.97 km，河道平均比降為85.6‰。

2 水情測報設計依據及原則

2.1 設計依據及參數計算

水庫以上流域無水文測站，鄰近流域有沙壩水文站、德江氣象站、煎茶雨量站。根據各測站，可以有效分析萬壩水庫洪水及徑流情況，對萬壩水庫施工及運行作出一定的洪水預測及供水分析。

（1）設計采用以下規范作為設計依據，《水利水電工程初步設計報告編制規程》（SL 619-2013）、《水利水電工程進水口設計規范》（SL 285-2018）、《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術規范》（DL/T 5207-2005）。

（2）壩線區水文、氣象資料統計表，見表1。

表1 壩線區水文、氣象資料統計表

（3）副庫下泄洪水計算，根據工程布置，隧洞泄洪采用淹沒出流方式計算泄流曲線。

式中：Q為隧洞下泄流量；μc為隧洞流量系數；λ為沿程水頭損失系數；L為隧洞長度，取300m；d為隧洞直徑，取3m；C為謝才系數；n為隧洞糙率；取0.016；R為水力半徑；H0為上下游水位差。

萬壩水庫副壩水位～泄流曲線計算結果見表2。

表2 萬壩水庫副壩水位～泄流曲線計算成果表

2.2 布置原則

水情測報系統的測報范圍是壩址以上流域。站網的布置原則，能夠綜合反映出雨情與水情的變化情況；在滿足水情測報系統要求的前基礎上，減少遙測站數量；便于通信組網；避開危險等不利因素，利于建設、運行和管理；考慮對外傳輸。

3 水情測報系統設計

3.1 站網布設

萬壩水庫壩址以上流域集水面積1.82 km2，屬于小流域水庫。結合《水文站網規劃技術導則》（SL 34-2013）中的相關指導原則科學布置站點。初步在水庫布設分中心站一個，主壩上水位雨量遙測站一個，壩后水位遙測站一個，副庫壩上水位遙測站，溢流堰視頻采集傳輸系統一套。通訊系統運用GSM，手機短信和超短波通訊作為備用，水情分中心站應和縣水情中心站和省防汛指揮系統保持良好連接[1]。

3.2 遙測站設計

3.2.1 遙測站功能分析

水文遙測站是一種低功耗、可靠性較高的遠距離數據采集傳送裝置，能夠自動實時、定時地采集水位、雨量等水文參數和終端電源電壓狀態，并向中心站準確發送出各項數據和終端工作狀態信息。遙測終端(RTU)是水文遙測站的核心，具備完善的工作狀態指示功能，上電自動初始化、自測試功能，以及一定范圍的軟件與硬件故障自保護功能[2]。

遙測終端提供人/機操作界面，支持操作人員在現場有序完成數據檢測、參數設置、附屬設備(電源、傳感器等)測試、RTU自診斷、人工觀測數據設置、通訊設備控發等工作。結合貴州省防汛指揮系統的結合要求，要求遙測終端協議能兼容或支持《貴州省防辦水情測報短信模式通訊協議》(GZ-ABfb3-1)。

3.2.2 通訊方式選擇

根據萬物互連，物連網及智慧城市的發展，打造智慧水務平臺為水庫的運行提供實時數據，建立水庫合理調度原則。結合本水情測報系統的規模及系統的先進行、可靠性和控制經濟成本等方面的因素，系統選用GSM移動通信的組網方式，不設備用信道。遙測站設備配置見表3。

表3 遙測站設備配置表

3.2.3 遙測終端設計

遙測終端是數據采集傳輸設備，在自動測報系統中起著重要作用，是連接前端傳感器和后端監測分析軟件的數據通道，為整個系統構建數據基礎。

（1）結合設定的時間表和要求，進行參數的采集、存儲和發送（雨量發送累計值和時段值，水位發送實時值）。

（2）系統支持現場或遠程設置功能，動態修改工作模式，包括其它工作參數、站址設定、發送前導時間設定、定時報時間、平安報間隔時間、動態修改數據傳輸體制和數據報送頻次等等。

（3）具備良好的非易失存儲器，能夠存儲2萬條以上的水位或雨量數據，而且能夠實現本地下載。

（4）系統能夠外接增量式雨量傳感器、水位傳感器，運用GPRS、GSM等多種方式完成發送和接收，支持多中心發送和主備信道自動切換。

3.3 視頻監控系統設計

為更好地實現實時管理，實時監控取水口、庫區、溢洪道，有必要建立視頻監視系統，增強水庫及壩區的安全防范水平。科學的視頻監控可對各個重要地點，各個部位的水庫設施，包括現場人員活動情況進行全面、實時監控，進一步提升水庫的管理水平[3]。

根據實際要求，萬壩水庫擬建4處實時視頻監視點，分別監視兩庫庫區、溢洪道、取水口。圖像監視系統的前端設備為攝像機，攝像機選用新型球型機，可在受控條件下，實現自由轉動，有效完成定點掃描，同時自帶夜視紅外，即使在近距離內，仍然能夠實現清晰夜間監視，攝像機具備良好的調焦功能。加強解碼器設計，解碼器的主要功能是把由中心發出的控制命令有效還原，還原成為具體的控制信號，對云臺和鏡頭運動起到良好控制作用。

視頻監控系統功能主要包括：采用電子地圖和文本的方式，大力完善水雨情的監視工作；針對相關流域與水庫，包括站點和雨水情數據進行科學查詢；統計、生成雨水情統計報表和簡報；以柱狀圖、曲線等圖表方式繪制雨水情信息，并可進行多站、多曲線的分析，實現綜合對比。

視頻監控系統主要以水系圖作為背景，將測站中的各項數據準確反映于圖上，在圖上，操作人員能夠更為清晰的觀察各個站點運行情況，收集實時數據。一般來講，系統會每隔5 min刷一次數據，顯示的雨量表示當天8點至現階段的降雨量累計數值，如果水庫出現溢洪現象，系統界面能夠自動顯示當前溢洪流量[4]。

4 結語

水情測報系統應能夠綜合反映出雨情與水情的變化情況，在滿足水情測報系統要求的基礎上，減少遙測站數量，便于通信組網，避開危險等不利因素，利于建設、運行和管理，并考慮對外傳輸。通過對萬壩水庫水情測報系統建設規劃設計進行分析，明確水情測報系統的測報范圍與站網布置原則、遙測站規劃設計要點、站網布設規劃設計要點等，可以保證萬壩水庫水情測報系統穩定運行，有效提高水庫的安全性。