駱旭佳，王杉杉，徐衛(wèi)紅，張婷

（1.浙江華東測繪地理信息有限公司，浙江杭州，310014；2.浙江臻善科技有限公司，浙江杭州，310015）

水文自動化在中小型水庫安全管理中的應用

駱旭佳1，王杉杉2，徐衛(wèi)紅1，張婷1

（1.浙江華東測繪地理信息有限公司，浙江杭州，310014；2.浙江臻善科技有限公司，浙江杭州，310015）

庫區(qū)的安全管理工作是水利水電工程管理部門的核心工作?，F(xiàn)在，隨著水文自動化技術的普及，越來越多的管理者引入該項技術來提升庫區(qū)的安全性。文章論述了水文自動化在中小型水庫庫區(qū)安全管理中的建設及應用情況。

水文自動化；水利水電；安全管理

0 引言

20世紀70年代，我國就已經(jīng)開展水文自動化相關技術的試點研究，目前已經(jīng)完全可以實現(xiàn)設備技術的自主研發(fā)、生產(chǎn)及相關技術的綜合應用[1]。但是，由于各水利水電工程的實際現(xiàn)狀，水文自動化技術并沒有完全普及使用，特別是一些中小型水庫，遠沒有完成水文自動化、信息化相關的建設。

近年來，受特殊的自然地理環(huán)境、極端天氣以及經(jīng)濟社會活動等多種因素影響，我國局部地區(qū)洪水、泥石流、滑坡災害頻發(fā)，造成了嚴重的人員傷亡、財產(chǎn)損失、基礎設施損毀及生態(tài)環(huán)境破壞?！笆濉逼陂g，全國范圍內山洪災害的調查與防治工作得到大力開展，主要是以山區(qū)的雨量監(jiān)測、預警、疏散等為主，保障影響區(qū)域內的人民生命與財產(chǎn)安全。山洪災害工作涉及的區(qū)域，基本上覆蓋了水利水電工程，這也為水文自動化的應用打下了一定的基礎。

目前，大部分的水利水電設施管理中心將管轄范圍內的安全管理作為專項工作，貫穿工程建設的整個生命周期，并延續(xù)到運營管理階段。同時，各項技術手段也趨于成熟，自動化設備的資費趨于平民化。在管理工作中引入水文自動化技術，可以顯著提高工程及周邊居民的安全性。

1 水文自動化應用的目標與任務

在水利水電工程的安全管理中引入水文自動化的設備與系統(tǒng)，主要目標是系統(tǒng)地掌握各個時期、各個重點監(jiān)測位置的水位、流量、流速、雨量、水質等信息（其中雨量與水位為最直接信息），合理調配水資源，充分發(fā)揮水利水電設施的蓄水、防洪、通航等功能，保障工程設施自身及庫區(qū)范圍內百姓的生命與財產(chǎn)安全[2]。

為了保證工程庫區(qū)的安全，充分發(fā)揮工程的綜合效益，水文自動化應用的主要任務有：

（1）實現(xiàn)水位數(shù)據(jù)的實時采集與上報；

（2）實現(xiàn)雨量數(shù)據(jù)的實時采集與上報；

（3）實現(xiàn)水位、雨量等數(shù)據(jù)的存儲與管理；

（4）快速分析水位、雨量的整編，結合歷史資料進行安全分析；

（5）結合庫容曲線與洪水淹沒線等資料，輔助綜合決策；

（6）實現(xiàn)快速預警功能。

2 水文自動化的優(yōu)勢與創(chuàng)新

相比較傳統(tǒng)的人工操作，水文自動化在中小水庫的安全管理中具有以下優(yōu)勢：

（1）成本低：從目前儀器設備及網(wǎng)絡的建設來說，單站點的建議投入僅為5萬左右，但是可以換來多年的數(shù)據(jù)自動化采集與上報。人員方面可以做到無人值守、少人值班。

（2）安全性高：與傳統(tǒng)的人工巡查數(shù)據(jù)采集方式相比，一方面，現(xiàn)場巡查人員的安全性大大提升，在惡劣天氣下，仍然可以由設備完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，不需要派駐到現(xiàn)場；另一方面，現(xiàn)場的水位、雨量等信息準確，進一步保障了庫區(qū)設施的安全。

（3）信息準確、時效性強：與傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集不同，自動化設備的數(shù)據(jù)更加準確。同時，自動化設備采用的是實時上傳（或一定的間隔），可及時了解情況。

相比較于傳統(tǒng)的人工操作，水文自動化在中小水庫的安全管理應用中，具有以下創(chuàng)新：

（1）信息化管理：水文自動化不僅僅是數(shù)據(jù)采集的自動化，更多的是配套在后臺的信息系統(tǒng)。通過引入信息化技術對數(shù)據(jù)進行有效管理，可以快速查詢、統(tǒng)計、整編。

（2）快速、自動預警：與傳統(tǒng)的人工巡查預警相比，水文自動化在安全管理中引入了自動預警功能，通過信息系統(tǒng)的設置、自動化設備的匹配、智能手機或者配套的高音系統(tǒng)，可以快速對管理員和影響區(qū)域的民眾發(fā)出預警。

（3）輔助決策：相比早期的人工決策，水文自動化在安全管理的決策工作中，創(chuàng)新性地提供了自動化輔助決策功能。原有的人工決策，需要查閱原來的歷史記錄表來進行決策；水文自動化系統(tǒng)可以自動分析歷史數(shù)據(jù)并自動與閾值比對，立刻給出可靠的結果，供管理人員參考，有助其最終做出正確決定。

3 自動化應用的實現(xiàn)

3.1 設備安裝與采集

水文自動化在庫區(qū)范圍安全管理的應用中，最常見的是水位自動化與雨量自動化。目前已有較多單位將水位與雨量的監(jiān)測做成了一站式的水文信息遙測站。各遙測站點分布于不同位置，通常無持續(xù)供電設備，因此，各站點在安裝時一般配有太陽能與蓄電池協(xié)同工作的自給式電源系統(tǒng)，以保障設備的持續(xù)運行。

適用于自動化監(jiān)測的水位計主要有浮子式傳感器、振弦式壓力水位計、雷達水位計等，一般根據(jù)工程實際需要選擇合適的位置進行安裝，通常安裝在人工建筑上方或者側方，如大壩壩體上、引水輸水洞等[3]。水位監(jiān)測站點一般配置有水位計、支架、數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊和電源系統(tǒng)。安裝調試前，需要測量當前安裝位置的水準高程，以便于后續(xù)的數(shù)據(jù)聯(lián)算。安裝完成后，水位計將按預先設置進行自動化采集。

圖1 某水庫出水口站房雷達水位計Fig.1 Radar level gauge at outlet of a reservoir

雨量計一般有虹吸式或者翻斗式。目前，水文自動化遙測中使用最多的是翻斗式雨量計。雨量監(jiān)測站點一般配置有雨量計、支架、數(shù)據(jù)采集器、通訊模塊和電源系統(tǒng)。雨量監(jiān)測站點安裝完成后，雨量監(jiān)測設備將按預先設置進行自動化采集。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸與管理

工程庫區(qū)范圍內，各類水文監(jiān)測站通常是離散分布（如壩前的水位監(jiān)測、支流的流量監(jiān)測、山頂?shù)慕涤炅勘O(jiān)測等），而數(shù)據(jù)的存儲與管理一般設在管理中心。因此，在各站點與中心之間架設線路進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲豢扇?，一般采用遠程無線傳輸來實現(xiàn)，特殊情況下人工提取采集器內的數(shù)據(jù)。

圖2 某水庫翻斗式雨量計Fig.2 Tipping-bucket rain gauge of a reservoir

目前無線通信有以下幾種模式：PSTN、超短波、衛(wèi)星（海事衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星）、移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。高速移動網(wǎng)絡現(xiàn)已大面積覆蓋大部分的水文遙測站點，綜合考慮信息傳輸?shù)乃俣?、穩(wěn)定性、維護、運行費用等因素，使用移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸方案較為經(jīng)濟可行，不僅傳輸穩(wěn)定，同時費用也相對較低。

圖3 水文自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸與使用Fig.3 Data transmission and use in hydrological automation system

通過自動化采集與無線傳輸，遙測站的水位、雨量等信息可以高效、實時、穩(wěn)定地接入數(shù)據(jù)管理中心服務器。通過構建相應的數(shù)據(jù)庫和開發(fā)建設相應的信息化管理軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、訪問與共享。

3.3 預警

預警功能在整個安全管理中顯得尤為重要。該功能建設目標是在最短的時間內發(fā)出最可靠的信息，從而保障決策的正確、及時、有效。

庫區(qū)的水文預警通?？煞殖蓛深悾阂活愂堑陀谡Ｖ担ㄈ缢坏陀谡Ｖ担?，但是這一類信息往往不會對工程安全產(chǎn)生危害，主要是影響經(jīng)濟效益，一般通過郵件方式發(fā)送至相關管理人員；另一類是超過安全警戒值（如水位超過最大洪水水位、短期雨量接近或超過歷史最高值），這一類信息將會嚴重危害工程及周邊居民生命安全，一般通過手機短信即時向管理者直接發(fā)出通知。

在預警預報的實際應用中，通常采用設計、經(jīng)驗與預測相結合的方法，并自動調取歷史資料進行分析比對，快速做出最合理的決策，將災害程度和影響控制在最小的范圍內。管理實施中，一般情況下往往自動發(fā)送信息至管理者，或自動喚醒庫區(qū)的各項預警設施（如警報器等）。緊急情況下，有條件的庫區(qū)將自動控制閘門的啟閉，并自動發(fā)送通知（如高音喇叭等）給影響區(qū)域的民眾，快速組織疏散與撤離。

4 結語

目前，已建成并投入生產(chǎn)使用的水文遙測站點在大型電站中較為普及，同時在管理中心大多建設有對應的管理信息系統(tǒng)，有利于數(shù)據(jù)的存儲與管理，保證數(shù)據(jù)的安全性、準確性、實時性，確保各項預警信息不會因人為因素導致延誤，改變電站防汛工作處于被動局面的工作現(xiàn)狀[4]。甚至在有一些大型電站之間（如天生橋一、二級電站），已經(jīng)實現(xiàn)了聯(lián)合調配與數(shù)據(jù)共享，以保障整個流域區(qū)間內的安全[5-6]。從建成并投入運營的工程看，使用水文自動化的經(jīng)濟效益顯著，安全管理工作也有了明顯的提升，特別是在汛期的防洪及預報上，完全改變了傳統(tǒng)的工作方式，在信息的準確性和及時性上有了質的飛躍。

但是，水文自動化在中小型水庫庫區(qū)范圍安全管理工作中的應用仍不足，其普及還需要經(jīng)歷一個漫長的建設過程。近年來，局部區(qū)域的地震、強降雨等極端天氣仍時有發(fā)生，如云南魯?shù)榈卣鹦纬裳呷?，導致牛欄江水位急劇抬升，使下游百姓陷入恐慌，福建泰寧連續(xù)強降雨導致發(fā)生泥石流災害，使地方工程與百姓遭受了巨大的損失。這些災害的發(fā)生與中小型水庫庫區(qū)水文信息的獲取與處理不及時存在較大的關系，水文自動化建設的需求更為迫切。隨著經(jīng)濟的發(fā)展與安全意識的提高，相信未來中小型水庫也將全面建成水文自動化，保障和落實工程及居民的安全管理?！?/p>

[1]陳新國,操文健,卞俊杰.手機短信在水文測站報汛中的應用[J].水利水電快報,2008,29(12)：15-17.

[2]林允泉.廣東省潮州供水樞紐水情測報系統(tǒng)[J].廣西水利水電,2007(4)：50-51.

[3]劉福林,許興權.清河水庫大壩自動監(jiān)測、水文自動測報系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息,2010(21)：303.

[4]梁志海,張慶福,孫小軍,等.太平灣電站水情測報自動化系統(tǒng)的建設與應用[J].大壩與安全,2009(4)：27-30.

[5]楊應舉.水情水調自動化系統(tǒng)在南盤江流域中的應用[C].2004年度全國水電廠學術年會暨全國大中型水電廠技術協(xié)作網(wǎng)成立大會.2004.

[6]包亞軍,毛忠華.天生橋水電站水情自動測報系統(tǒng)[J].水電自動化與大壩監(jiān)測,2005,29(4)：59-62.

作者郵箱：luo_xj@ecidi.com

2020年將建立綠色小水電標準體系

據(jù)國際電力網(wǎng)日前，水利部印發(fā)《關于推進綠色小水電發(fā)展的指導意見》，并提出總體目標，到2020年，建立綠色小水電標準體系和管理制度，初步形成綠色小水電發(fā)展的激勵政策，創(chuàng)建一批綠色小水電示范電站。

到2030年，全行業(yè)形成綠色發(fā)展格局，小水電規(guī)劃設計科學合理，建設管理規(guī)范有序，調度運行安全高效，綜合利用水平明顯提高，生態(tài)環(huán)境保護措施嚴格落實，綠色發(fā)展機制不斷完善，河流生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、生態(tài)系統(tǒng)服務功能良好，綠色小水電理念深入人心。

小水電是重要的民生水利基礎設施和清潔可再生能源。黨中央、國務院歷來高度重視小水電工作，大力支持和推動新農村水電電氣化縣建設、小水電代燃料生態(tài)保護工程建設和農村水電增效擴容改造，已建成的小水電在解決無電缺電地區(qū)人口用電，促進江河治理、生態(tài)改善、環(huán)境保護、地方社會經(jīng)濟發(fā)展等方面做出了重要貢獻。與此同時，一些地區(qū)小水電規(guī)劃、設計、建設、運行和管理等還存在不少薄弱環(huán)節(jié)，以綠色發(fā)展為導向的激勵與約束機制有待進一步建立。

《意見》要求，新建、改造小水電站必須遵循已批準的區(qū)域空間規(guī)劃、流域綜合規(guī)劃、河流水能資源開發(fā)等規(guī)劃。河流水能資源開發(fā)規(guī)劃要以綠色發(fā)展理念為指導，開展規(guī)劃水資源論證，合理布局小水電項目，與當?shù)厮Y源承載能力相適應。對國家級自然保護區(qū)及其他具有特殊保護價值的地區(qū)，原則上禁止開發(fā)小水電；在部分生態(tài)脆弱地區(qū)和重要生態(tài)保護區(qū)，嚴格限制新建小水電；原則上限制建設以單一發(fā)電為目的的跨流域調水或長距離引水的小水電。組織開展河流水能資源開發(fā)規(guī)劃回顧性評價或后評價，按照河流功能要求，調查評估小水電開發(fā)布局、開發(fā)規(guī)模、開發(fā)方式、建設運行等情況，優(yōu)化調整老舊電站。

水電設計、建設應當滿足河流生態(tài)環(huán)境保護要求，盡可能減少對水文情勢、河流形態(tài)和生物生境等的影響。因地制宜建設水利風景區(qū)、濕地公園、親水平臺等，實現(xiàn)電站與周邊環(huán)境和諧統(tǒng)一。按照生態(tài)環(huán)境保護要求，建設過魚道、魚類增殖放流站等設施或使用魚類友好的水輪機。小水電項目的水土保持及環(huán)境保護措施要與主體工程同時設計、同時施工、同時投產(chǎn)使用。庫容較大的水電站初期蓄水時，應選擇合理時機和生態(tài)友好的蓄水方案。

在推進綠色小水電的基礎上繼續(xù)探索智慧小水電，即通過自主研發(fā)、優(yōu)化設計、新技術運用等形式，消化吸收國內外水電建設新技術、新工藝和新材料。開展綠色小水電關鍵技術攻關，加快科技創(chuàng)新成果轉化，解決綠色小水電發(fā)展中的工程技術困難。積極開展成熟適用的綠色小水電技術示范推廣，研究探索水光、水風等互補發(fā)電技術，按照“互聯(lián)網(wǎng)+技術服務”的要求建設智慧小水電。

此外，水利部強調嚴格項目準入、依法監(jiān)督檢查、強化政策引導、增強公眾參與、加強組織領導等措施來保障意見的實施。

Safety management of reservoir area is the core work of water conservancy and hydropower project management department.Nowadays,with the popularization of hydrological automation technology,more and more managers have adopted this technology to improve the safety of reservoir area.This paper discusses the construction and application of hydrological automation in safety management of small and medium-sized reservoirs.

hydrological automation;water conservancy project and hydropower station;safety management

TV697.2

A

1671-1092（2017）02-0056-04

2017-02-13；

2017-02-27

駱旭佳（1985-），男，工程師，碩士研究生，主要從事水電信息化建設工作。

Title:Application of hydrological automation in safety management of small and medium-sized reservoirs//by LUO Xu-jia,WANG Shan-shan,XU Wei-hong and Zhang Ting//Zhejiang Huadong Surveying,Mapping and Geoinformation Co.,Ltd.