唐建榮，王 琦

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，南寧 530007；2.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710060）

長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)探討

唐建榮1，王 琦2

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，南寧 530007；2.中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710060）

介紹了長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)、范圍、站網(wǎng)布設(shè)及水文預(yù)報(bào)方案，根據(jù)長(zhǎng)洲水利樞紐和所在流域的特點(diǎn)，在已建“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”和已建電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造建設(shè)長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，可以降低成本避免大量重復(fù)投資。該系統(tǒng)對(duì)樞紐水情進(jìn)行自動(dòng)預(yù)報(bào)的同時(shí)，還兼顧了庫(kù)區(qū)防護(hù)片的水位及雨情預(yù)報(bào)，達(dá)到一個(gè)系統(tǒng)多個(gè)應(yīng)用的目的。

水情；自動(dòng)測(cè)報(bào)；預(yù)報(bào)；遙測(cè)站；站網(wǎng)；長(zhǎng)洲水利樞紐

1 概述

長(zhǎng)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(qū)約12km，是西江下游廣西境內(nèi)的最后一個(gè)梯級(jí)。樞紐橫跨兩島三江，大壩總長(zhǎng)3.5km，最大壩高56m，共安裝15臺(tái)單機(jī)42 MW的燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)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(jiàn)圖1。

圖1 長(zhǎng)洲水利樞紐流域水系圖

長(zhǎng)洲水利樞紐是一座以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、灌溉等綜合利用效益的大型水利樞紐，是國(guó)家“西電東送”計(jì)劃和廣西實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的重點(diǎn)項(xiàng)目。在同類型水電站中，其大壩最長(zhǎng)、船閘規(guī)模巨大、機(jī)組最多、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑和容量為世界第一。

2 系統(tǒng)建設(shè)的必要性

（1）長(zhǎng)洲水利樞紐是廣西桂東地區(qū)唯一大型骨干電源，不但可為桂東發(fā)展提供充足電力，而且有效改善廣西電網(wǎng)電源布局和潮流結(jié)構(gòu)，大幅度提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還是“西電東送”主通道的主要支持電源點(diǎn)。

（2）長(zhǎng)洲水利樞紐渠化桂平以下干流航道159km，淹沒(méi)險(xiǎn)灘22處，將大幅度提高運(yùn)輸能力、降低運(yùn)輸成本，促進(jìn)西江航運(yùn)和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是廣西區(qū)打造“黃金水道”的有效保障。

（3）長(zhǎng)洲水利樞紐可解決潯江平原近百萬(wàn)畝耕地的干旱威脅，有利于沿岸大規(guī)模發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，有利于加快西江兩岸的旅游業(yè)發(fā)展。

綜上所述，長(zhǎng)洲水利樞紐興建在大江大河上，水庫(kù)運(yùn)行方式必須首先服從國(guó)家防汛指揮中心和自治區(qū)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(zhēng)取多發(fā)電，并要兼顧航運(yùn)和灌溉，在滿足通航的條件下盡可能發(fā)揮電站在電網(wǎng)中的調(diào)峰作用，只有通過(guò)現(xiàn)代化的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)才能保證樞紐安全并實(shí)現(xiàn)和發(fā)揮其功能，因此建設(shè)長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是完全必要的。

3 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)和范圍

3.1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)滿足工程任務(wù)的需要，根據(jù)長(zhǎng)洲水利樞紐調(diào)度要求，長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)具有如下主要功能。

（1）滿足廣西電力調(diào)度關(guān)于水電站每日水情和負(fù)荷曲線預(yù)報(bào)的要求，至少能夠提前39h測(cè)報(bào)干流到達(dá)長(zhǎng)洲水利樞紐壩址斷面的入庫(kù)流量，至少能夠提前18h測(cè)報(bào)區(qū)間到達(dá)長(zhǎng)洲水利樞紐壩址斷面的入庫(kù)流量。

（2）能夠?qū)崟r(shí)測(cè)報(bào)長(zhǎng)洲庫(kù)區(qū)、壩前、壩后水位，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)報(bào)長(zhǎng)洲水利樞紐的出庫(kù)流量。

（3）提供航運(yùn)所需的水情信息。

（4）能夠滿足長(zhǎng)洲水庫(kù)汛期動(dòng)態(tài)水位調(diào)節(jié)的要求。

（5）庫(kù)區(qū)內(nèi)水情測(cè)站的布置應(yīng)盡量與庫(kù)區(qū)防護(hù)泵站、護(hù)坡護(hù)岸、電灌站或涵閘改造相結(jié)合，以便于施工和管理；適當(dāng)考慮庫(kù)區(qū)各排澇泵站運(yùn)行的水情測(cè)報(bào)需求。

（6）采用Web的形式，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)布、查詢并提供表格和圖形等顯示方式；滿足水庫(kù)概況、綜合實(shí)時(shí)水情信息、水庫(kù)計(jì)劃運(yùn)行的信息、靜態(tài)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)信息等相關(guān)信息查詢與發(fā)布。

（7）滿足水情測(cè)報(bào)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

3.2 系統(tǒng)建設(shè)范圍

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

表1 干流站點(diǎn)傳播時(shí)間表

（2）區(qū)間建設(shè)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(zhǎng)洲壩址以上的92.6％，所以長(zhǎng)洲壩址的來(lái)水主要來(lái)自黔江武宣站以上和郁江貴縣站以上的來(lái)水組成，其來(lái)水量可以在下游大湟江口站得到預(yù)報(bào)，因此把大湟江口以下來(lái)水量較少的這部分流域作為區(qū)間流域考慮。因區(qū)間預(yù)報(bào)期要求不少于18h，根據(jù)傳播時(shí)間分析，大湟江口到壩址的傳播時(shí)間為21h，因此以大湟江口、岑溪、南渡、容縣、太平水文站和長(zhǎng)洲壩址之間的雨量站遙測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)報(bào)區(qū)間的來(lái)水量，即以大湟江口、岑溪、南渡、容縣、太平水文站和長(zhǎng)洲壩址之間作為本系統(tǒng)區(qū)間的主要建設(shè)范圍，其流域面積為12 328km2。

4 站網(wǎng)規(guī)劃

4.1 站網(wǎng)布設(shè)方案比較

西江流域水文部門(mén)已建有“西江中下游洪水預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”），其站網(wǎng)布設(shè)位置即該部門(mén)原人工觀測(cè)測(cè)站處，西江干支流已建的電站均建設(shè)了完善的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，長(zhǎng)洲水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)的站網(wǎng)方案結(jié)合“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”的站網(wǎng)和已建電站的水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)，有3個(gè)站網(wǎng)方案可供選擇。

（1）方案一：對(duì)“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”和已建電站的遙測(cè)站進(jìn)行技術(shù)改造，增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，使之具備一站多發(fā)的功能。

（2）方案二：利用水文部門(mén)已建成的“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”，由水文部門(mén)提供水情測(cè)報(bào)服務(wù)。

（3）方案三：新建所有遙測(cè)站和中心站。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求，開(kāi)展水情測(cè)報(bào)工作時(shí)，應(yīng)以現(xiàn)有水情站網(wǎng)為基礎(chǔ)布設(shè)水情遙測(cè)站網(wǎng)，在滿足測(cè)報(bào)要求前提下以最經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)規(guī)模和投資布設(shè)遙測(cè)站網(wǎng)。方案三由于投資太大，不宜采用。“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”的主要目的是防洪防汛，屬于水文部門(mén)所有，其系統(tǒng)功能不能完全達(dá)到樞紐水情預(yù)報(bào)的要求，且對(duì)其管理和運(yùn)行均無(wú)法控制，從而無(wú)法確保樞紐得到連續(xù)、及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的水情預(yù)報(bào)結(jié)果，因此也不宜采用方案二。而方案一則完全滿足國(guó)家規(guī)范和長(zhǎng)洲水利樞紐的預(yù)報(bào)要求，因此在與水文部門(mén)和相關(guān)電站主管部門(mén)協(xié)商后長(zhǎng)洲樞紐站網(wǎng)布設(shè)選擇方案一。

4.2 站網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)站網(wǎng)布設(shè)方案和現(xiàn)場(chǎng)察勘后確定本系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模為：

（1）1座中心站：新建；

（2）11座水文（位）遙測(cè)站：都是通過(guò)改造后與水文部門(mén)共同使用，其中太平站、金雞站、容縣站、南渡站、岑溪站用于區(qū)間預(yù)報(bào)，平南站和藤縣站除用于干、支流預(yù)報(bào)外，還用于庫(kù)區(qū)防護(hù)片的水文監(jiān)測(cè)；

（3）紅花、橋鞏2座電站的出庫(kù)站：已建，直接采集電站出庫(kù)數(shù)據(jù)作為上游2條干流的來(lái)水控制站；

（4）長(zhǎng)洲水利樞紐監(jiān)控系統(tǒng)中的壩址上游、下游內(nèi)江、下游外江3個(gè)水位站：已建，直接采集數(shù)據(jù)。

（5）20個(gè)雨量遙測(cè)站：均為水文部門(mén)遙測(cè)站點(diǎn)，改造后與水文部門(mén)共同使用，都用于區(qū)間預(yù)報(bào)，處于防護(hù)片的站點(diǎn)還兼顧防護(hù)片的雨情預(yù)報(bào)；

本系統(tǒng)區(qū)間共可采集到29個(gè)雨量遙測(cè)數(shù)據(jù)，雨量遙測(cè)數(shù)據(jù)密度為425km2／站，我國(guó)已建的水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)站網(wǎng)密度多在250km2/站～600km2/站之間，故本系統(tǒng)的雨量遙測(cè)站點(diǎn)密度是比較合理的。

本系統(tǒng)主要遙測(cè)站布置見(jiàn)圖1（省略雨量站），站點(diǎn)詳細(xì)情況見(jiàn)表2。

表2 主要遙測(cè)站點(diǎn)列表

5 水文預(yù)報(bào)方案

本系統(tǒng)干流建設(shè)范圍25 826km2，區(qū)間建設(shè)范圍12 328km2，水系發(fā)育，支流眾多，產(chǎn)匯流情況復(fù)雜，因此需采用多種方法相結(jié)合來(lái)預(yù)報(bào)。

柳江紅花電站出庫(kù)流量與洛清江對(duì)亭水文站來(lái)水匯流進(jìn)入柳江干流，柳江干流來(lái)水與紅水河干流橋鞏電站出庫(kù)流量匯合進(jìn)入黔江武宣水文站，黔江武宣水文站來(lái)水與郁江貴縣水文站來(lái)水匯合進(jìn)入潯江干流大湟江口站，然后匯入平南站，平南站來(lái)水與潯江支流蒙江太平水文站來(lái)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(lái)水匯合，最終進(jìn)入長(zhǎng)洲水利樞紐壩址，形成長(zhǎng)洲入庫(kù)水量。

以上各個(gè)干流來(lái)水預(yù)報(bào)可以采用河段洪水預(yù)報(bào)（馬斯京根等方法）進(jìn)行匯流演算而得，大湟江口到壩址區(qū)間的來(lái)水，可以采用新安江模型和河段洪水預(yù)報(bào)相結(jié)合進(jìn)行預(yù)報(bào)。

在整個(gè)系統(tǒng)中有如下水文控制站：對(duì)亭站、橋鞏電站出庫(kù)站、紅花電站出庫(kù)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(jù)這些水文控制站的實(shí)測(cè)流量，利用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)校正模型對(duì)洪水預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)校正，經(jīng)過(guò)以上逐級(jí)預(yù)報(bào)及校正，最終形成長(zhǎng)洲壩址的洪水預(yù)報(bào)結(jié)果，具體預(yù)報(bào)方案見(jiàn)圖2。

圖2 預(yù)報(bào)方案示意圖（省略區(qū)間預(yù)報(bào)的示意圖）

6 通信方式及工作體制

遙測(cè)站與中心站、中心站與上級(jí)部門(mén)、中心站與各調(diào)度機(jī)構(gòu)等有關(guān)部門(mén)之間的通信，要經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)，才能保證各系統(tǒng)數(shù)據(jù)迅速、可靠、準(zhǔn)確、方便地傳輸。

經(jīng)信道測(cè)試，本系統(tǒng)工作范圍移動(dòng)部門(mén)均布設(shè)了完善的GSM網(wǎng)絡(luò)，完全能保證本系統(tǒng)的通信要求，因此本系統(tǒng)選用GSM通信作為通信方式。目前國(guó)內(nèi)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)常用的工作體制有3種：應(yīng)答式、自報(bào)式、混合式（兼容式），自報(bào)式是目前采用的主流制式，得到了非常廣泛的應(yīng)用，因此選用自報(bào)式作為本系統(tǒng)的工作體制。

考慮到整個(gè)西江流域未來(lái)水資源的統(tǒng)一調(diào)度和信息資源共享，本系統(tǒng)建設(shè)時(shí)還考慮預(yù)留軟硬件接入端口以用于將來(lái)擴(kuò)充。

7 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)洲水利樞紐是以發(fā)電為主、兼顧航運(yùn)和灌溉的綜合效益工程，其運(yùn)行、調(diào)度均較為復(fù)雜，只有根據(jù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)才能實(shí)現(xiàn)并發(fā)揮其最佳功能。本規(guī)劃方案根據(jù)樞紐和所在流域的特點(diǎn)，在已建的“西江預(yù)報(bào)系統(tǒng)”和電站水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造建設(shè)為長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，避免了大量重復(fù)投資，同時(shí)系統(tǒng)在保證樞紐水情自動(dòng)預(yù)報(bào)的同時(shí)還兼顧了區(qū)間防護(hù)片的預(yù)報(bào)，這種思路是可行的。其后，長(zhǎng)洲水利樞紐水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)施階段，也基本按這個(gè)思路細(xì)化完善和優(yōu)化，系統(tǒng)建成后，也基本達(dá)到了樞紐對(duì)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)的功能要求。

（責(zé)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(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，學(xué)士，主要從事水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。