某水庫水情自動測報系統(tǒng)建設(shè)及運行分析

張鵬，徐博

1.貴州省水利投資（集團）有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550001；2.中國電建集團貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081

1 概況

水雨情測報系統(tǒng)包括水源區(qū)和灌區(qū)測站、中心站的設(shè)備采購、安裝，及土建工程，施工期和運行期水情自動測報方案編制、施工期觀測、洪水預(yù)報、生態(tài)流量測報以及觀測資料整編，軟硬件設(shè)備維護(hù)維修管理。

1.1 站點布置情況

黃家灣水庫壩址以上流域集水面積969 km2，施工期黃家灣水情測報系統(tǒng)包含6個雨量站，3個永久水位雨量站，1個臨時水位雨量站，1個臨時水位站，1個中心站。根據(jù)現(xiàn)場實地查勘，部分站點位置有誤，經(jīng)與設(shè)計方溝通，將原新場鄉(xiāng)雨量站調(diào)整為雙堡鎮(zhèn)雨量站，原雙堡鎮(zhèn)雨量站調(diào)整為下哨村雨量站，種獲鄉(xiāng)雨量站調(diào)整為壩羊鄉(xiāng)雨量站，并新增大河邊水位雨量站一座。調(diào)整前后施工期水雨情站點見表1。

表1 調(diào)整前后黃家灣水情測站名稱表

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)情況

水情遙測站子系統(tǒng)，按水文資料整編規(guī)范要求實時采集和存儲水位、雨量、流量數(shù)據(jù)并按照指定的方式發(fā)送至中心站；傳輸子系統(tǒng)，將水位雨量站、中心站選用GPRS/CDMA 作為主通信道，北斗衛(wèi)星終端為備用信道的通信方式，其他測站選用GPRS/CDMA信道；中心站是本系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，負(fù)責(zé)信息接收處理、數(shù)據(jù)庫管理、為水情預(yù)報、水庫調(diào)度和信息服務(wù)提供軟硬件平臺，主要由水情信息接收處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡(luò)三部分組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 黃家灣樞紐工程水情測報系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 導(dǎo)流洞進(jìn)口水位雨量站

2.1.1 基本情況

該水位站選在距導(dǎo)流洞進(jìn)口前約50 m 處，地理位置為東經(jīng)106°11'17″，北緯25°47'23″，高程約1 015.00 m。經(jīng)初設(shè)報告查閱，此處歷年最大洪水位994.56 m，河底高程約984.00 m，最大洪水位變幅10 m左右。該河段為不對稱“V”型橫向谷，兩岸一級階地較發(fā)育，左岸寬5～10 m，地表高程985.00～990.00 m；右岸寬5～45 m，地表高程985.00～992.00 m。兩岸自然邊坡為斜向坡，兩岸邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，坡體穩(wěn)定。右岸邊坡橫向較寬且有棄渣場公路，不利于建設(shè)遙測站，因此擬建遙測站位于左岸高程約1 015.00 m 的二級階地，河道水流集中，歷年中低水水面寬40～50 m，中高水水面寬50～70 m，中、高水均無分流、串溝、回水、死水等現(xiàn)象。

2.1.2 遙測站情況

該遙測站主要目的是指導(dǎo)施工期施工，上游圍堰堰頂高程1 008.70 m，根據(jù)現(xiàn)場查勘測量，由導(dǎo)流洞圍堰壩頂高程推得斷面處最高水位為1 008.75 m，最低水位為984.50 m，水位變幅為24.25 m。前期設(shè)計規(guī)劃采用直井式鋼塔配合浮子式水位計施測，量程15 m，待上游圍堰建成后不足以施測上游水位。若采用二級施測，依托左岸斜坡修建二級測井，左岸高程990 m 以上邊坡陡峭，不利于直井式鋼塔和測井的建設(shè)和穩(wěn)定，若采用大量程浮子式水位計，需加高直井式鋼塔高度，不利于鋼塔的穩(wěn)定和后期維護(hù)，綜合上述因素，此測站選取壓阻式水位計。

遙測設(shè)備置于法拉第筒內(nèi)，報汛采用水情自動遙測方式，水位傳感器信號電纜通過鍍鋅保護(hù)管接入遙測設(shè)備，經(jīng)移動/聯(lián)通手機信號測試，信號均較強，通話正常，短信有回應(yīng)。

2.2 東屯鄉(xiāng)雨量站

2.2.1 基本情況

東屯鄉(xiāng)雨量站位于東屯鄉(xiāng)政府大樓，由于鄉(xiāng)政府大樓靠近高山，不利于建設(shè)雨量站，故將該站點定位于大樓右側(cè)的兩層小平房樓頂。地理位置東經(jīng)106°13'37″，北緯26°12'32″，高程1 270 m，離黃家灣樞紐工程約117 km。交通條件良好。

2.2.2 遙測站情況

自動監(jiān)測雨量站選擇在四周比較空曠、不受突變地形、樹木、建筑物和煙塵影響的政府大樓旁側(cè)兩層小平房。此次遙測站土建采用法拉第筒式室外布置，將自動監(jiān)測站設(shè)備全部集成于筒內(nèi)安放于樓頂，適應(yīng)于野外長期工作，鋁合金筒直徑0.30 m，高度1.20 m，頂蓋和底座采用鑄鋁結(jié)構(gòu)。雨量筒底座基礎(chǔ)找平夯實后采用C15混凝土澆筑1 m×1 m×0.40 m，澆筑時法拉第筒安裝預(yù)埋件同時澆筑，保持基礎(chǔ)預(yù)埋件頂面水平并保護(hù)好地腳螺栓，基礎(chǔ)回填土應(yīng)分層夯實，可將天線與太陽能板固定于鋁合金筒上。擬建站點經(jīng)移動、聯(lián)通手機信號測試，通話正常，短信有回應(yīng)。

2.3 導(dǎo)流洞出口臨時水位站

2.3.1 基本情況

水位測井?dāng)M選在黃家灣水利樞紐工程導(dǎo)流洞出口下游約200 m 左岸處，地理位置為東經(jīng)106°10'43″，北緯25°47'11″。經(jīng)調(diào)查，此處歷年最大洪水位變幅在3 m 左右。河段基本斷面呈不對稱“U”型，左右岸較平緩，兩岸一級階地較發(fā)育，均為10 m左右寬的農(nóng)田。河床底為基巖、施工棄石棄渣、壤土、淤泥組成。河道中低水水面寬40～50 m，中高水水面寬50～55 m，中、高水均無分流、串溝、回水、死水等現(xiàn)象。

2.3.2 遙測站情況

根據(jù)現(xiàn)場實際查勘，該點位于導(dǎo)流洞出口下游約200 m處，施工期棄土棄渣較多，尤其是汛期水流量較大，水位較高，河道中漂浮物較多，若選用岸邊直井式鋼塔結(jié)構(gòu)，棄土棄渣會覆蓋測井進(jìn)口，以致所測數(shù)據(jù)誤差較大。且當(dāng)水流量較大時，水位流速較大，對岸邊直井式鋼塔會強力的沖刷，不利于測井的穩(wěn)定。故選取雷達(dá)水位計。

由于該點為施工期遙測站點，為了便于施工期人工比測，選擇道路條件較好的左岸，此處信號強度較強，經(jīng)移動、聯(lián)通手機信號測試，信號均較強，通話正常，短信有回應(yīng)。

3 系統(tǒng)調(diào)試流程

①組裝好設(shè)備，注意線纜不要纏繞，電源正負(fù)極不要接反。②測試太陽能控制器輸入、輸出端電壓，若電壓正常，方可通電。③連接進(jìn)入RTU，設(shè)置正確的參數(shù)，雨量站的自報間隔設(shè)置為1 h，水位站的自報間隔設(shè)置為5 min。④撥動雨量計翻斗，測試上報數(shù)據(jù)是否正常，GPRS/CDMA 主信道發(fā)數(shù)成功后，斷開主信道連接線，測試備用北斗信道數(shù)據(jù)信號。⑤觀察定時自報有無發(fā)出數(shù)據(jù)。⑥遠(yuǎn)程登錄中心站遙測數(shù)據(jù)采集平臺查看，自動上傳數(shù)據(jù)是否正確，主備信道是否發(fā)送正常，定時報是否正常。⑦遠(yuǎn)程登錄中心站遙測數(shù)據(jù)接收平臺，遠(yuǎn)程修改相應(yīng)參數(shù)，查看修改是否成功。⑧記錄現(xiàn)場相關(guān)參數(shù)，作為現(xiàn)場調(diào)試記錄，放入現(xiàn)場法拉第筒的文件袋內(nèi)。

4 系統(tǒng)運行評價

①硬件設(shè)備。系統(tǒng)的各項硬件設(shè)備及計算機網(wǎng)絡(luò)運行正常，服務(wù)器、交換機等設(shè)備運行穩(wěn)定、可靠。②數(shù)據(jù)處理及水務(wù)計算。數(shù)據(jù)處理及水務(wù)計算各個進(jìn)程運行穩(wěn)定可靠，計算算法正確合理。③人機界面：圖形報表系統(tǒng)操作方式簡便、靈活，能直觀顯示和查詢水雨情數(shù)據(jù)、水務(wù)計算結(jié)果，支持實時數(shù)據(jù)及時段數(shù)據(jù)顯示，報表內(nèi)容準(zhǔn)確。④流域內(nèi)大暴雨，貓營水位雨量測站被淹沒，設(shè)備損壞。重新選址，測站布置于當(dāng)?shù)貒宜臏y站附近，運行正常。

5 結(jié)語

黃家灣水庫水情測報系統(tǒng)運行過程中，排除異常斷電、貓營測站被水淹沒數(shù)據(jù)中斷情況，其它時間段數(shù)據(jù)采集率100%，數(shù)據(jù)銜接性、準(zhǔn)確性、可靠性較好，系統(tǒng)總體運行狀態(tài)良好。