劉文榮，李國(guó)平，蘇秀穎

(1.遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110003)

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鬧德海水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

劉文榮1，李國(guó)平2，蘇秀穎1

(1.遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110003)

水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是應(yīng)用遙測(cè)、通信和計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸和處理，這種現(xiàn)代化水文信息系統(tǒng)，已經(jīng)成為水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度的重要組成部分。文章以鬧德海水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)為例，闡述了系統(tǒng)的建設(shè)以及在防洪供水調(diào)度中的應(yīng)用情況，并提出增加沙情自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建議，為多泥沙河流水庫(kù)開展水沙調(diào)度研究提供科學(xué)依據(jù)。

鬧德海水庫(kù)；水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)；預(yù)報(bào)調(diào)度；建設(shè)與應(yīng)用

1 鬧德海水庫(kù)概況

鬧德海水庫(kù)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(kù)容2.17億m3,控制流域面積4051km2。鬧德海以上流域?qū)儆诎敫珊档貐^(qū)，流域內(nèi)沙丘、溝壑、漫崗、坨甸等地形復(fù)雜多變，各地產(chǎn)匯流條件各異，洪水特點(diǎn)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(wàn)t，其中汛期來(lái)沙量較為集中，占全年的90%以上。

水庫(kù)自1942年建成以來(lái)，曾經(jīng)抵御了20余次入庫(kù)洪峰1000m3/s及以上的較大洪水，削減洪峰達(dá)70%以上，保障了水庫(kù)下游彰武、新民兩座縣城、輸油管路、鐵路、公路、農(nóng)田和人民生命安全。1970年工程改建后，調(diào)度運(yùn)用方式由“全年敞泄”變?yōu)椤靶钋迮艤啞?，每年可向下游提?000 萬(wàn) m3左右農(nóng)田灌溉用水；1994年加固后，水庫(kù)又開始承擔(dān)了阜新市近30%的城市供水任務(wù)，成為了阜新市重要的水源地。

2 鬧德海水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)情況

為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)收集流域內(nèi)的各類水情信息，適時(shí)作出水情預(yù)報(bào)(如洪水預(yù)報(bào)、旱情預(yù)報(bào)、洪災(zāi)預(yù)報(bào)),爭(zhēng)取預(yù)見期，為防洪、興利和水利調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)，最大限度地減少以致避免洪水、旱災(zāi)造成的損失，最大限度發(fā)揮水庫(kù)綜合效益，鬧德海水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)于1989年完成初建。隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，結(jié)合鬧德海水庫(kù)實(shí)際，分別于1992年、2001年、2006年對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級(jí)，目前采用的是南京水利水文自動(dòng)化研究所研發(fā)的產(chǎn)品[1]。系統(tǒng)主要包括20個(gè)雨量站、4個(gè)水位站、1個(gè)中心站，1個(gè)中繼站。遙測(cè)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，超短波信道通過(guò)阿其馬山中繼站轉(zhuǎn)發(fā)至中心站，GPRS信道直接向中心站發(fā)送水情數(shù)據(jù)信息流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)信息流程

系統(tǒng)終端設(shè)備統(tǒng)一采用YDH-1系列，具有設(shè)備兼容、數(shù)據(jù)兼容、中心站數(shù)據(jù)接收和處理可以無(wú)縫連接的特點(diǎn)。測(cè)站為無(wú)人值守有人看護(hù)式，筒式結(jié)構(gòu)。中繼站設(shè)備設(shè)于高山站房?jī)?nèi)，站房外建有12m通訊塔，同時(shí)分別在鐵塔附近和山下埋設(shè)接地網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備防雷保護(hù)更安全可靠[2]。受供電條件限制，測(cè)站和中繼站設(shè)備均采用太陽(yáng)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(cè)站設(shè)備主要有雨量傳感器或水位傳感器、遙測(cè)終端機(jī)、電臺(tái)、天饋線、同軸避雷器、太陽(yáng)能電源、蓄電池和配套的各種插件等。其主要任務(wù)是及時(shí)準(zhǔn)確的將傳感器的水文參數(shù)自動(dòng)采集、編碼、處理、發(fā)送到資料收集中心。雨量采集設(shè)備為精度0.5 mm的翻斗式雨量計(jì)；水位觀測(cè)設(shè)備為雷達(dá)水位計(jì)，水位每升降1cm時(shí)，自動(dòng)向接收方發(fā)送數(shù)據(jù)，每隔5 min定時(shí)采集。中繼站采用數(shù)字再生式中繼儀，并配置收發(fā)信機(jī)、收發(fā)天饋線等傳輸設(shè)備。處于遙測(cè)站與中心站之間，其主要作用是接收遙測(cè)站超短波信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)至中心站，以避開樹林、山和較高建筑物等的阻擋，使得信號(hào)不至于減弱。中心站主要設(shè)備有天線、饋線、同軸避雷器、通信電臺(tái)、調(diào)制解調(diào)器、計(jì)算機(jī)等。計(jì)算機(jī)配置為雙機(jī)運(yùn)行方式，一臺(tái)工業(yè)控制機(jī)供水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)做資料接收及數(shù)據(jù)處理，另一臺(tái)品牌微機(jī)供防洪預(yù)報(bào)使用。工業(yè)控制機(jī)安裝有NSY_SQ多通道水情數(shù)據(jù)采集軟件和分析入庫(kù)軟件，將接收到的水情信息進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，為水庫(kù)洪水預(yù)報(bào)調(diào)度提供水文信息支持。系統(tǒng)軟件是在WINDOWS平臺(tái)上開發(fā)的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)多媒體軟件，為滿足系統(tǒng)運(yùn)行和數(shù)據(jù)處理功能，同時(shí)配置操作系統(tǒng)軟件、系統(tǒng)控制及通信軟件，修改原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件、歷史資料數(shù)據(jù)處理軟件、預(yù)報(bào)作業(yè)軟件、防洪調(diào)度分析軟件等[3]。

3 水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在鬧德海水庫(kù)防洪供水調(diào)度中的應(yīng)用

鬧德海水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建成與應(yīng)用，可實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地采集和傳輸水、雨情信息，調(diào)度人員根據(jù)流域?qū)崟r(shí)降雨時(shí)空分布情況，利用洪水預(yù)報(bào)軟件及時(shí)作出洪水預(yù)報(bào)，并擬定出科學(xué)合理的調(diào)度方案，為領(lǐng)導(dǎo)調(diào)度決策提供了依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)綜合效益最大化目標(biāo)。

鬧德海水庫(kù)所在的柳河為多泥沙河流，汛期來(lái)水多為高含沙水流，同時(shí)水庫(kù)可調(diào)節(jié)庫(kù)容非常小，汛限水位174m，相應(yīng)庫(kù)容620 萬(wàn) m3；而供水最低保證水位170m，相應(yīng)庫(kù)容也只有330 萬(wàn) m3，汛期發(fā)生過(guò)程洪量超過(guò)500 萬(wàn) m3洪水就將攜帶一定量泥沙入庫(kù)，如果調(diào)度不當(dāng)，不能充分利用異重流排沙，極易形成渾水水庫(kù)，取水口濁度也將無(wú)法滿足供水水質(zhì)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(diào)節(jié)的庫(kù)容也只有290 萬(wàn) m3，供水調(diào)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(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)收集到水雨情信息的準(zhǔn)確度則顯得尤為重要。特別是2000年以來(lái)受全球極端氣候的影響，處于遼西地區(qū)、科爾沁沙漠邊緣地帶的鬧德海水庫(kù)流域降雨徑流更是明顯減少，出現(xiàn)超過(guò)100m3/s洪峰的機(jī)率都很少，利用異重流排沙的機(jī)會(huì)也極少，水庫(kù)泥沙淤積逐年加重，不但直接影響到了水庫(kù)壽命，也給供水安全帶來(lái)了必然的潛在威脅。為此，鬧德海水庫(kù)調(diào)度人員在研究水沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律基礎(chǔ)上，根據(jù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采集到的水雨情信息進(jìn)行洪水預(yù)報(bào)，研判分析，不放過(guò)每一次小洪水機(jī)會(huì)，充分利用水庫(kù)河道坡降比較大的優(yōu)勢(shì)，科學(xué)擬定調(diào)度方案，積極開展小流量異重流排沙實(shí)踐，在庫(kù)內(nèi)蓄清水和上游高含沙洪水比例幾乎相當(dāng)情況下，實(shí)現(xiàn)了排沙、供水兩不誤，取得了良好的調(diào)度效果。應(yīng)用水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，為鬧德海水庫(kù)科學(xué)預(yù)報(bào)調(diào)度提供了依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)水庫(kù)綜合效益最大化目標(biāo)提供了保證。近年水沙調(diào)度情況詳見表1。

表1 2000年以來(lái)出入庫(kù)水沙摘錄統(tǒng)計(jì)

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(duì)供水造成了影響。原因?yàn)?005年入庫(kù)洪峰達(dá)到了295m3/s，按照調(diào)度規(guī)則，水庫(kù)應(yīng)泄空，但為了減小對(duì)供水的影響，僅僅放空一天便關(guān)閘蓄水，因此，大量泥沙也淤積在了庫(kù)內(nèi)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析歷年水沙規(guī)律，當(dāng)入庫(kù)洪水含沙量超過(guò)100 kg/m3時(shí)，入庫(kù)洪峰達(dá)200m3/s以上時(shí)，應(yīng)敞泄運(yùn)用3～5d，待洪水過(guò)后再蓄水，將取得更好的排沙效果，減少水庫(kù)淤積量，但將影響供水7～10d左右。因此，充分利用水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)采集的水雨情信息，通過(guò)科學(xué)調(diào)度利用異重流排沙，則更顯得尤為重要。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科技信息化的迅猛發(fā)展，系統(tǒng)化管理工作的不斷加強(qiáng)，水庫(kù)綜合功能的逐步實(shí)現(xiàn)，作為東北地區(qū)典型的多泥沙河流水庫(kù)，在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)方面還有可深入研究的空間，例如：開展多泥沙河流水庫(kù)沙情自動(dòng)監(jiān)測(cè)工程，建立入庫(kù)站沙情自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，增加匯流后的流量和沙量監(jiān)測(cè)，完善出庫(kù)和下游河道水沙觀測(cè)；增加異重流監(jiān)測(cè)，觀測(cè)異重流潛入條件和潛入點(diǎn)，進(jìn)行洪水期回水末端和壩前段含沙量垂向分布觀測(cè)等，從而增加水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)工作內(nèi)容，為多泥沙河流水庫(kù)開展水沙調(diào)度研究提供科學(xué)依據(jù)。

[1]賈瑞紅.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2014(03)：26-28.

[2]段浩清.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在唐徠渠水量調(diào)度中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理2013(12)：77-80.

[3]梁志海等.太平灣電站水情測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用[J].大壩與安全，2009(12)：61-63.

文章編號(hào)：1007-7596(2016)08-0122-02

[收稿日期]2016-07-21

[作者簡(jiǎn)介]汪家樂(lè)(1964-)，男，江西興國(guó)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?yàn)檗r(nóng)村水利建設(shè)管理。