馬得蓮

（浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325300）

珊溪水利樞紐水利氣象信息管理系統(tǒng)的技術(shù)論證

馬得蓮

（浙江珊溪經(jīng)濟發(fā)展有限責(zé)任公司，浙江 溫州 325300）

位于浙江省飛云江流域的珊溪水利樞紐屬山溪性河道，坡陡流急，落差較大，同時其瀕臨東海，每年需應(yīng)對臺風(fēng)帶來強降雨等極端氣候。水利氣象信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，減輕飛云江流域臺汛期極端天氣對水利樞紐的生產(chǎn)、安全運行的影響，為水利樞紐生產(chǎn)運行提供科學(xué)的決策依據(jù)。建成投運后，樞紐工程經(jīng)濟效益、社會效益顯著。

水利氣象；信息管理系統(tǒng)；技術(shù)論證；珊溪水利樞紐

1 珊溪水利樞紐簡介

珊溪水利樞紐工程是溫州市境內(nèi)飛云江干流控制性大型綜合利用水利工程，于1994年1月經(jīng)國家計委計農(nóng)經(jīng)[1994]53號文批準(zhǔn)立項，屬國家重點建設(shè)工程。工程包括珊溪水庫工程和趙山渡引水工程兩個部分，以灌溉與供水為主，兼有發(fā)電、防洪以及改善下游濱海平原河網(wǎng)水質(zhì)等綜合效益。

珊溪水庫工程屬一等工程。珊溪水庫現(xiàn)址位于文成縣珊溪鎮(zhèn)上游約1 km處，距溫州117 km。水庫控制流域1 529 km2，具有多年調(diào)節(jié)性能，水庫正常蓄水位142 m，最大壩高132.5 m，總庫容18.24 億m3。電站裝有4臺50 MW混流式機組，年發(fā)電量3.55億kW·h。

趙山渡引水工程包括引水樞紐工程和輸水渠系工程組成，引水樞紐工程屬二等工程，主要由左右岸混凝土重力壩、河床式電站廠房、16孔泄洪閘等組成，壩址以上控制流域面積2 302 km2。水位正常蓄水位22 m，總庫容3 414萬m3。

趙山渡輸水渠系干渠總長13.36 km，設(shè)計輸水流量為36 m3/s，枯水年設(shè)計供水量7.3億m3。

2 系統(tǒng)建設(shè)的必要性

因惡劣天氣引起的暴雨、洪水、大風(fēng)等氣象因素，以及由暴雨洪水引發(fā)的滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，它們對水利樞紐的生產(chǎn)和運行安全有較大影響。這些氣象地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、預(yù)警和氣象預(yù)報信息緊密相關(guān)。因此建設(shè)水利氣象信息管理系統(tǒng)是水利樞紐工程的重要而緊迫的任務(wù)。

氣象信息管理系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是為水利樞紐生產(chǎn)運行提供決策依據(jù)，為水利樞紐水調(diào)、應(yīng)急和防汛子系統(tǒng)提供共享氣象數(shù)據(jù)。它的功能包括了水利樞紐涉及的自動氣象站的建設(shè)、氣象臺氣象實時、預(yù)報信息、預(yù)警信息的收集等。同時，通過天氣預(yù)報信息中的氣溫、降水量和相關(guān)天氣狀況分析，為制定水利工程生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。建設(shè)水利氣象信息管理系統(tǒng)，不僅能夠提高飛云江流域的水能利用率，而且最終達到遠程集約化運行的現(xiàn)代化管理，為構(gòu)建“信息標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)整體化、決策智能化”特征的智能一體化管控平臺提供系統(tǒng)支撐，最終實現(xiàn)水利工程安全、可靠、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好的運行目標(biāo)，所以建設(shè)水利氣象信息管理系統(tǒng)是必要的。

3 水利氣象站的技術(shù)

水利自動氣象站是遵循中國氣象局頒布的《地面氣象觀測規(guī)范》建設(shè)，本系統(tǒng)擬在珊溪水利樞紐、珊溪水電廠、趙山渡水電廠以及引水渠系各建設(shè)一套自動氣象站。主要監(jiān)測壩頂?shù)娘L(fēng)速、風(fēng)向、溫度和降水量，并可以對中雨以上雨量級自動報警。

自動氣象站的組網(wǎng)方式是廣域網(wǎng)通訊方式。按照水電廠安全區(qū)域的規(guī)定，氣象數(shù)據(jù)中心站應(yīng)位于安全III區(qū)?？紤]到這幾個氣象站距離中心站較遠，無法采用直連電纜方式傳輸數(shù)據(jù)，因此，建議采用GPRS/短信信道、北斗衛(wèi)星雙信道模式。

目前設(shè)計建設(shè)的自動氣象站所在位置均已覆蓋了移動信號，這是可以利用采用GPRS/短信信道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。

通信成本較低。GPRS的通信費用和基于短消息傳輸數(shù)據(jù)費用較省，而考慮到氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求，當(dāng)GPRS/短信信道網(wǎng)絡(luò)故障時可切換使用北斗衛(wèi)星通訊方式，大大提高了遙測系統(tǒng)暢通率和可靠性。

可以直接利用包含GPRS功能的短信Modem實現(xiàn)短消息對GPRS的備份。平時數(shù)據(jù)可以首先通過GPRS/短信信道進行傳輸，如果傳輸失敗還可以通過北斗衛(wèi)星信道重新傳輸，以主備的方式實現(xiàn)遙測信息經(jīng)濟、穩(wěn)定傳輸。

可維護性好，相對VHF信道，實現(xiàn)GPRS/短信通訊的設(shè)備簡單，建設(shè)成本低，易于維護。本遙測系統(tǒng)因地制宜采用GPRS/短信信道與北斗衛(wèi)星混合組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖1所示。

圖1 水利自動氣象站通信傳輸組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

4 中心站系統(tǒng)的技術(shù)論證

氣象信息管理系統(tǒng)的建設(shè)重點是氣象信息管理系統(tǒng)中心站，中心站包括穩(wěn)定、高性能的硬件計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備，以及符合業(yè)務(wù)需求的軟件系統(tǒng)，包括：氣象信息展示平臺和氣象信息決策支持部分。具體分為以下模塊：數(shù)據(jù)通訊模塊、氣象信息展示平臺、決策支持平臺。

4.1 數(shù)據(jù)通訊模塊

數(shù)據(jù)通訊模塊分為氣象臺數(shù)據(jù)采集、水利自動氣象站數(shù)據(jù)采集和上傳省調(diào)數(shù)據(jù)功能，數(shù)據(jù)通訊模塊部署在電廠III區(qū)，通過GPRS終端接收水利自動氣象站數(shù)據(jù)、通過專線接收省氣象臺數(shù)據(jù)、通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接III區(qū)電力公司D5000氣象模塊中的通訊服務(wù)器。

（1）氣象臺數(shù)據(jù)采集

在通信安全防護方面，氣象信息管理系統(tǒng)位于“安全III區(qū)”，通過網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備與其它安全防護大區(qū)的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。氣象系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖2所示：

圖2 氣象信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

專業(yè)氣象部門把專業(yè)氣象數(shù)據(jù)放于氣象臺數(shù)據(jù)服務(wù)器（每天一個文件夾，以日期命名，存放30 d數(shù)據(jù)），中間經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)防火墻，通過專用光纖（2M租用），與水電廠的FTP服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。省氣象臺實時將氣象數(shù)據(jù)從氣象臺數(shù)據(jù)服務(wù)器傳輸至水電廠的FTP服務(wù)器的指定目錄下（D:DATA），運行人員負責(zé)把數(shù)據(jù)經(jīng)過隔離裝置送入水電廠安全“III區(qū)”的通訊服務(wù)器上，并通過程序把專業(yè)氣象數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（公用），同時專業(yè)氣象數(shù)據(jù)在該服務(wù)器上存檔備份。

氣象臺提供數(shù)據(jù)類型包括：實時天氣要素數(shù)據(jù)、多普勒雷達及云圖信息、氣象預(yù)報信息產(chǎn)品及氣象災(zāi)害預(yù)警信息等。

（2）水利自動氣象站采集

（3）上傳省調(diào)數(shù)據(jù)功能

目前，浙江省電力公司正在建設(shè)D5000電網(wǎng)氣象信息管理系統(tǒng)，需要收集全省的氣象信息數(shù)據(jù)和直管水電廠流域氣象信息數(shù)據(jù)，珊溪水電廠需要通過內(nèi)網(wǎng)把氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞‰娏綝5000平臺氣象系統(tǒng)通訊服務(wù)器。

4.2 氣象信息展示平臺

（1）氣象信息展示與查詢

氣象平臺提供如下展示和查詢：提供氣象要素日、旬、月數(shù)據(jù)的查詢，并能提取出最高、最低、平均等特征值；提供氣象要素單日多段次數(shù)據(jù)的查詢；提供氣象要素日數(shù)據(jù)極值統(tǒng)計查詢；具備氣象要素任意時段數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計；具備流域氣象要素統(tǒng)計、對比；具備同一站點多時段氣象要素數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)均值的對比；應(yīng)提供同一時段不同站點氣象要素值或數(shù)據(jù)均值對比；提供氣象要素的實時、歷史數(shù)據(jù)流域分布圖；氣象要素應(yīng)包括降水、溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等。

（2）氣象歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢

氣象歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計程序主要用于統(tǒng)計以往搜集的實時氣象數(shù)據(jù)并按照氣象規(guī)范要求進行統(tǒng)計和分析，數(shù)據(jù)類型有雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度；按照氣象要素的不同特性，對氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計方法如下：

1）溫度：統(tǒng)計小時和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，小時和日數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計點實時溫度數(shù)據(jù)、時段平均溫度數(shù)據(jù)、時段最高溫度、最低溫度。

2）雨量：統(tǒng)計小時和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，小時和日數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計時段累計雨量數(shù)據(jù)。

3）風(fēng)速：統(tǒng)計小時和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，小時和日數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計點實時風(fēng)速數(shù)據(jù)、時段平均風(fēng)速數(shù)據(jù)、時段最高風(fēng)速、最低風(fēng)速。

4）風(fēng)向：統(tǒng)計小時和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，小時和日數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計點實時風(fēng)向數(shù)據(jù)、時段各風(fēng)向方位次數(shù)統(tǒng)計、最多風(fēng)向方位次數(shù)統(tǒng)計。

5）氣壓：統(tǒng)計小時和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，小時和日數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計點實時氣壓數(shù)據(jù)、時段氣壓數(shù)據(jù)、時段最高氣壓、最低氣壓。

6）濕度：統(tǒng)計小時和日統(tǒng)計數(shù)據(jù)，小時和日數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計點實時濕度數(shù)據(jù)、時段濕度數(shù)據(jù)、時段最高濕度、最低濕度。

系統(tǒng)展示界面實現(xiàn)各要素單要素或多要素數(shù)據(jù)列表和圖形展示；實現(xiàn)歷史各時段平均值、最大值及發(fā)生時間、最小值及發(fā)生時間展示；實現(xiàn)歷史時段內(nèi)最大日溫差及發(fā)生時間、累積降雨、高溫天數(shù)、低溫天數(shù)統(tǒng)計查詢。

（3）氣象預(yù)報信息展示

氣象預(yù)報信息展示主要展示氣象臺發(fā)布的重要氣象站點的預(yù)報信息，預(yù)報信息發(fā)布時間間隔是1～6 h，預(yù)報跨度36～72 h，預(yù)報數(shù)據(jù)類型有：雨量、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、濕度、云量等；以數(shù)據(jù)列表及圖形方式顯示區(qū)域未來36（72）h氣溫、降水、風(fēng)速等氣象預(yù)報數(shù)據(jù)；可查詢歷史的預(yù)報數(shù)據(jù)，查詢?nèi)掌诳稍O(shè)置。

該模塊同時具備分析和校驗功能，如實時溫度和預(yù)報溫度對比曲線；實時雨量和預(yù)報雨量對比曲線；預(yù)報溫度和發(fā)電負荷的對比曲線等。

（4）云圖和雷達信息展示

衛(wèi)星云圖為風(fēng)云2D云圖，雷達圖包括為多普勒雷達拼圖，風(fēng)云2D衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)、地區(qū)多普勒雷達拼圖來源于浙江省氣象臺。

系統(tǒng)展示方式包括靜止云圖查詢和動畫效果播放兩種，系統(tǒng)同時提供對云圖和雷達產(chǎn)品的簡單知識介紹幫助客戶認識云圖和雷達圖的效果，實現(xiàn)方式：以靜態(tài)圖片的形式展示過去任意時段內(nèi)的衛(wèi)星云圖和雷達拼圖圖片；以圖片疊加自動播放的形式展示過去任意時段內(nèi)的衛(wèi)星云圖和雷達拼圖動畫；可以查詢?nèi)我鈺r間的衛(wèi)星云圖和氣象雷達拼圖。

4.3 氣象信息決策支持平臺

（1）流域氣象次生災(zāi)害預(yù)警模塊

該模塊根據(jù)所選時間繪制大暴雨、特大暴雨、強風(fēng)等強對流天氣區(qū)域，根據(jù)水電廠應(yīng)急部門提供的山體、泥石流、飛石等自然災(zāi)害易發(fā)區(qū)域疊加（GIS）地理信息系統(tǒng)，標(biāo)出流域氣象次生災(zāi)害預(yù)警范圍。界面展示可參考圖3：

圖3 氣象信息管理系統(tǒng)流域強降雨預(yù)警展示界面參考

（2）氣象災(zāi)害反演

暴雨、洪水、泥石流等多種氣象地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和災(zāi)害發(fā)生前1～36 h內(nèi)的氣象因素密切相關(guān)，但由于缺乏歷史氣象資料統(tǒng)計，對災(zāi)害當(dāng)時的氣象環(huán)境統(tǒng)計和分析一直沒有辦法深入進行。

氣象災(zāi)害反演功能是調(diào)用整個流域及周邊重要縣市的全部氣象環(huán)境資料，并從降雨、風(fēng)速、溫度、極端天氣災(zāi)害等多個主題去反演當(dāng)時的氣象環(huán)境條件，為災(zāi)害事后分析提供決策支持。

（3）氣象統(tǒng)計分析氣象資料是一個累積的過程、通過多年的氣象資料分析可以對水電廠的生產(chǎn)運行提供重要決策支持信息，如分析流域預(yù)報降雨、水電廠庫水位的關(guān)系、分析全省的平均溫度和水電廠發(fā)電負荷的關(guān)系、流域多年降雨距平，這些都可以通過氣象報表統(tǒng)計分析功能實現(xiàn)。報表功能還包括打印和資料歸檔等功能。

（4）氣象中長期預(yù)報支持水電廠中長期發(fā)電規(guī)劃

中長期預(yù)報信息分為氣象臺定時發(fā)布的周、旬、月、季、年等天氣預(yù)報信息。通過專業(yè)天氣預(yù)報信息中氣溫、降水量及相關(guān)天氣狀況分析，為制定發(fā)電計劃提供理論依據(jù)。

5 小結(jié)

珊溪水利樞紐水利氣象信息管理系統(tǒng)的建設(shè)，減輕飛云江流域汛期極端天氣對水利樞紐的生產(chǎn)、安全運行的影響；為水利樞紐生產(chǎn)運行提供決策依據(jù)；通過天氣預(yù)報分析，為制定發(fā)電計劃提供理論依據(jù)，有利于水利工程興利調(diào)度；為水利樞紐水調(diào)、應(yīng)急、防汛子系統(tǒng)提供共享氣象數(shù)據(jù)。建成投運后，其經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益顯著。

TP393

B

1672-5387（2017）06-0062-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.022

2017-04-09

馬得蓮（1974-），女，高級工程師，研究方向：水利工程運行管理。