許王峰

(山西澤城西安水電有限公司， 山西 太原 030002)

澤城水電站水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

許王峰

(山西澤城西安水電有限公司， 山西 太原 030002)

本文以澤城西安水電站水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)為研究背景，采用現(xiàn)代化的通信技術(shù)及遙測(cè)技術(shù),完成雨量、水位等水情信息的實(shí)時(shí)采集與處理，可以為澤城水庫(kù)科學(xué)調(diào)度及安全度汛提供較實(shí)用的方法和手段,從而提高決策精度，提升水庫(kù)的防洪效果及管理水平。

水庫(kù)； 自動(dòng)測(cè)報(bào)； 站網(wǎng)設(shè)置； 系統(tǒng)研發(fā)

1 引 言

澤城水庫(kù)位處清漳河流域，地形起伏，支流眾多，河道縱坡大，洪水來(lái)勢(shì)急而猛，洪量大而集中，每發(fā)洪水都有較大損失，僅20年來(lái)已連發(fā)兩次大洪水。為了提高水庫(kù)管理水平，保證水利設(shè)施安全運(yùn)行，最大限度利用水資源，提高水資源的利用率，發(fā)揮工程除害興利的目的，開(kāi)發(fā)澤城水庫(kù)水情自動(dòng)化系統(tǒng)非常必要。

2 研究?jī)?nèi)容

本文以澤城水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)為研究背景，具體涉及該系統(tǒng)硬件設(shè)備科學(xué)選型、通信信道綜合選擇、水情信息傳輸及組網(wǎng)方式、實(shí)用性為基礎(chǔ)的水情自動(dòng)預(yù)報(bào)軟件研發(fā)等。

3 澤城水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)框架

3.1 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮澤城水庫(kù)特殊的自然地理?xiàng)l件及水文氣象條件，具有典型、先進(jìn)、性能可靠的特點(diǎn)，同時(shí)具有高度的開(kāi)放性、兼容性和可擴(kuò)展性；采集設(shè)備及通信設(shè)備性?xún)r(jià)比高，具有較強(qiáng)的冗余性；系統(tǒng)組網(wǎng)合理，充分利用流域內(nèi)現(xiàn)有站網(wǎng)資源及公共基礎(chǔ)設(shè)施，盡量靠近鄉(xiāng)鎮(zhèn)和公路沿線(xiàn)，交通方便，便于工作、生活及管理維護(hù)。遙測(cè)站采用自報(bào)/應(yīng)答兼容工作體制，以很好適應(yīng)中心站的控制要求。為保證遙測(cè)站設(shè)備工作的安全及連續(xù)性，在有人看管、無(wú)人值守的條件下，滿(mǎn)足全天候野外工作的要求。

3.2 水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案

a.各項(xiàng)測(cè)報(bào)設(shè)備布置，應(yīng)結(jié)合工程及流域特點(diǎn)，統(tǒng)籌規(guī)劃，重點(diǎn)突出，布設(shè)的測(cè)報(bào)設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足水情預(yù)報(bào)、防洪搶險(xiǎn)指揮決策的需要，反映各建筑物的運(yùn)行狀態(tài)。

b.各測(cè)報(bào)項(xiàng)目統(tǒng)籌兼顧，設(shè)置合理，重點(diǎn)體現(xiàn)降雨量及水位測(cè)報(bào)兩個(gè)指標(biāo)。

c.儀器選型，選用的儀器要保證長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠，精度高，觀(guān)測(cè)方法簡(jiǎn)單，主要測(cè)報(bào)儀器盡量選用技術(shù)條件優(yōu)越的設(shè)備。

3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框架

澤城水庫(kù)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)由自動(dòng)雨量監(jiān)測(cè)站及遙測(cè)水位、流量站組成。并在澤城水庫(kù)和晉中水文局分別設(shè)立中心站。遙測(cè)雨量站站網(wǎng)范圍涵蓋全流域，并能將水情數(shù)據(jù)信息自動(dòng)傳送到澤城水庫(kù)二級(jí)分中心站及晉中水文局一級(jí)中心站，再由水電站數(shù)據(jù)接收處理中心和晉中水文局會(huì)商確定。

系統(tǒng)總體框架祥見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)總體框架

3.4 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

澤城水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是通過(guò)現(xiàn)代化的信息采集手段與采集技術(shù)，通過(guò)水文預(yù)報(bào)，為工程的防洪調(diào)度及水資源合理利用提供科學(xué)的決策依據(jù)，同時(shí)最大限度減少暴雨洪水災(zāi)害損失，確保水庫(kù)及下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

3.5 系統(tǒng)站網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)上述原則在壩址上游選取測(cè)站布設(shè)。流域內(nèi)水文站主要測(cè)站有漳漕、紫羅、楊家峪、蛤蟆灘、松煙等17座雨量站，雨量站位置適中，基本代表水庫(kù)以上流域平均降水情況。

具體布設(shè)情況見(jiàn)下表。

這下麻煩大了，本小區(qū)的車(chē)輛都登記過(guò)，哪個(gè)車(chē)子是誰(shuí)家的，一核對(duì)就出來(lái)了，上門(mén)一堵，想跑也跑不了。但如果是外來(lái)的車(chē)子，根本就不知道車(chē)主是誰(shuí)，也不知道是來(lái)干什么的，更不知道該到哪幢樓哪間房去尋找車(chē)主。

水文站及雨量站布設(shè)情況表

4 系統(tǒng)工作體制及通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)據(jù)流程及工作體制

系統(tǒng)水情信息由雨量、控制點(diǎn)(斷面)水位數(shù)據(jù)組成，信息源的分布覆蓋主要控制斷面和自動(dòng)采集點(diǎn)，雨量、水位信息通過(guò)PSTN系統(tǒng)或GSM系統(tǒng)短傳到報(bào)汛站，報(bào)汛站再通過(guò)RTU進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，由GPRS通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到水庫(kù)分中心站及晉中水文局中心站。

4.2 通信組網(wǎng)設(shè)計(jì)

4.2.1 選擇原則

a.電源系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電源板供電方式，能滿(mǎn)足在連續(xù)20天陰雨天氣條件下的正常供電。

b.信息源布局合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠性高，便于系統(tǒng)檢修及維護(hù)。

c.為保障系統(tǒng)設(shè)備安全及工作的連續(xù)性，各測(cè)站按無(wú)人值守有人看管的方式設(shè)計(jì)，各設(shè)備能全天候野外運(yùn)行。

4.2.2 通信方案

選擇全球移動(dòng)通信系統(tǒng)GPRS為報(bào)汛的主通信信道，遙測(cè)終端機(jī)(RTU)實(shí)現(xiàn)信道設(shè)置，RTU自動(dòng)接收采集設(shè)備的信息，利用移動(dòng)GPRS信道(部分可采用聯(lián)通系統(tǒng))將遙測(cè)信息及狀態(tài)信息發(fā)至水庫(kù)中心站， RTU設(shè)備應(yīng)具有人工置數(shù)功能，應(yīng)能響應(yīng)水庫(kù)中心站發(fā)來(lái)的校時(shí)、召測(cè)、改變參數(shù)等命令，水庫(kù)中心站預(yù)留與晉中市水文局中心站共享數(shù)據(jù)的接口；遙測(cè)站配備可連續(xù)工作的電源系統(tǒng)及安全可靠的避雷接地系統(tǒng)。

5 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)要求

5.1 系統(tǒng)總體功能

系統(tǒng)建成后可改善澤城水庫(kù)流域內(nèi)水文數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的效率，縮短水情數(shù)據(jù)的匯集時(shí)間，提高洪水預(yù)見(jiàn)期，實(shí)現(xiàn)水情信息和工程實(shí)施狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)報(bào)警，最大限度保障水庫(kù)下游群眾生命及財(cái)產(chǎn)安全。

5.2 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

系統(tǒng)暢通率：≥99%；系統(tǒng)誤碼率：≤4～10；系統(tǒng)傳輸速率：300bit/s；數(shù)據(jù)調(diào)制方式：FSK；系統(tǒng)設(shè)備平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF≥6300h；系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間：≤10min；遙測(cè)站在無(wú)日照情況下能正常工作20天。

5.3 系統(tǒng)各部分基本組成及配置要求

所有測(cè)站和中心站均需設(shè)置安全可靠的防雷接地系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行安全。

6 水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.1 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)采用當(dāng)今最流行的開(kāi)發(fā)工具Delphi2007和SQL Server2005相結(jié)合，使用實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)和遙測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)運(yùn)行可靠，具有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有豐富的軟件功能以及友好的人機(jī)交互界面。

6.2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取開(kāi)放性、兼容性、實(shí)用性相結(jié)合的方式，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)三個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。

6.3 遙測(cè)站管理與接收子系統(tǒng)

采用GPRS信道，接收和處理所有遙測(cè)站的水情上報(bào)數(shù)據(jù),符合《水情信息編碼標(biāo)準(zhǔn)》(SL 330—2005)。

6.4 數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

主要是對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)雨水情數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)、分析，以及報(bào)表輸出和數(shù)據(jù)導(dǎo)出等操作，如圖2所示。

圖2 水位流量過(guò)程線(xiàn)

6.5 數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)是位于用戶(hù)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的一個(gè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng), 數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)統(tǒng)一管理和控制，用戶(hù)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的界面操作實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的查詢(xún)、錄入、修改、刪除、導(dǎo)入、導(dǎo)出以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的還原和備份等操作，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)查詢(xún)界面

中心站要能正確的接收和采集數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)投入使用前，需先進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置包括系統(tǒng)參數(shù)、中心信息、測(cè)站信息、數(shù)據(jù)字典、水位流量關(guān)系和庫(kù)容面積曲線(xiàn)。

7 系統(tǒng)防雷接地設(shè)計(jì)

防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，采用等電位連接，涌流光電隔離等技術(shù)，將設(shè)備所有引出線(xiàn)路同某一個(gè)基點(diǎn)做等電位連接，安裝了電源避雷器的系統(tǒng)必須要配套信號(hào)系統(tǒng)的累計(jì)保護(hù)措施，才能真正起到系統(tǒng)的雷擊保護(hù)效果。接地導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)該與連至中心接地點(diǎn)的分支相連接，以保證沒(méi)有任何其他分支線(xiàn)帶有電流。

8 經(jīng)驗(yàn)與建議

a.水庫(kù)大壩管理人員對(duì)系統(tǒng)軟件的操作及適應(yīng)有一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，因此在系統(tǒng)及軟件交付使用前開(kāi)展切實(shí)有效的培訓(xùn)，是系統(tǒng)效益得以充分發(fā)揮的關(guān)鍵，自動(dòng)化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的體現(xiàn)，還需要良好的售后服務(wù)及系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)操作人員的培訓(xùn)才可能實(shí)現(xiàn)，這一點(diǎn)，需要水庫(kù)工程管理單位務(wù)必有清醒的認(rèn)識(shí)。

b.如何開(kāi)發(fā)功能更加完善、界面性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、統(tǒng)一編程的實(shí)用離線(xiàn)分析軟件,需制定統(tǒng)一的規(guī)范,這一問(wèn)題值得商榷。

c.水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)的最終目的是實(shí)現(xiàn)水庫(kù)的科學(xué)調(diào)度及庫(kù)區(qū)水資源的合理分配。因此,開(kāi)發(fā)適合澤城水庫(kù)的水資源優(yōu)化調(diào)度軟件，是實(shí)現(xiàn)水資源合理分配的重要環(huán)節(jié),應(yīng)在已開(kāi)發(fā)水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的前提下，做進(jìn)一步完善及應(yīng)用。

d.澤城水庫(kù)水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)及洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究，是一項(xiàng)涉及硬件、信息采集及數(shù)據(jù)分析等方面的系統(tǒng)工程。對(duì)于如何確保自動(dòng)傳感器穩(wěn)定可靠、提高信道暢通率、提高洪水預(yù)報(bào)精度及預(yù)見(jiàn)期等問(wèn)題有待在資金保障的前提下做深入的研究及二次研發(fā)。

[1] 《中國(guó)水力發(fā)電工程》編審委員會(huì).中國(guó)水力發(fā)電工程(工程水文卷)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2000.

[2] 孫增義.水情自動(dòng)測(cè)報(bào)技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,1999.

[3] 張恭肅.洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)[M].北京：水利電力出版社,1989.

Research on the development of reservoir water regime telemetry system in Zecheng Hydropower Station

XU Wangfeng

(ShaanxiZechengXi’anHydropowerCo.,Ltd.,Taiyuan030002,China)

In the paper, the reservoir water regime telemetry system in Zecheng Hydropower Station is regarded as the research background.Modern communications technology and remote sensing technology are adopted for real time collection and processing of hydrologic data such as rainfall, water level, etc.Practical methods and means can be provided for scientific scheduling and safe flood control in Zecheng Reservoir, thereby improving decision-making precision, and improving flood control effect and management level of the reservoir.

reservoir; telemetry; stations network settings; system research and development

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2017.05.018

TV697.2

B

1005-4774(2017)05-0068-04