李慶榮，孫志勇，孫 雷

(遼寧省大伙房水庫(kù)管理局，遼寧撫順113007)

大伙房水庫(kù)位于遼河支流渾河中上游，坐落在遼寧省撫順市境內(nèi)，水庫(kù)控制流域面積5 437 km2，水庫(kù)總庫(kù)容22.68億m3，是渾河干流上的控制性骨干工程，壩址距撫順市18 km，距沈陽(yáng)市68 km。水庫(kù)擔(dān)負(fù)著沈陽(yáng)、撫順兩市的防洪安全，以及兩市工業(yè)、城市用水和下游8.6萬(wàn)hm2農(nóng)田灌溉等任務(wù)，是一座防洪、供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)魚(yú)等綜合利用的大型水利樞紐工程。工程于1954年4月開(kāi)工，1958年9月竣工。

1 水庫(kù)水文測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)概述

大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)第一批產(chǎn)品是由遼寧省大伙房水庫(kù)管理局與中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所于1986年共同研制，1988年開(kāi)始投入實(shí)際運(yùn)行的，是我國(guó)較早建成應(yīng)用的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)之一。水文測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)的建立，使大伙房水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度規(guī)劃得以實(shí)施，水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)是大伙房水庫(kù)提高效益的非工程措施的重要組成部分，為水庫(kù)發(fā)揮更大的規(guī)劃效益做出了貢獻(xiàn)。大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是遼寧省水文測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)中最早的一代產(chǎn)品，也是沈陽(yáng)自動(dòng)化所的首批產(chǎn)品，系統(tǒng)應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)很多問(wèn)題，其后沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了不同程度的更新改進(jìn)，但是仍然無(wú)法從根本上解決所有問(wèn)題，2005年大伙房水庫(kù)管理局結(jié)合水庫(kù)除險(xiǎn)加固對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行了徹底的改擴(kuò)建，改擴(kuò)建工程由南京南瑞集團(tuán)公司承建，工程于2006年竣工，改造后的系統(tǒng)技術(shù)水平和運(yùn)行質(zhì)量達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

2 改造前的系統(tǒng)

2.1 改造前系統(tǒng)概述

大伙房水庫(kù)于1988年建成水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。系統(tǒng)覆蓋大伙房以上流域和大伙房～沈陽(yáng)區(qū)間。測(cè)區(qū)內(nèi)設(shè)有遙測(cè)雨量站21個(gè)，其中水庫(kù)以上流域(5 437 km2)14個(gè)，大伙房～沈陽(yáng)區(qū)間(2 482 km2)7個(gè);設(shè)有遙測(cè)水文站3個(gè)，遙測(cè)水位站2個(gè)，中繼站4個(gè)，中心站1個(gè)。在22個(gè)遙測(cè)雨量站中，有8站通過(guò)2級(jí)中繼傳輸?shù)街行恼?，?站無(wú)中繼傳輸?shù)街行恼荆渌髡?級(jí)中繼傳輸?shù)街行恼尽?/p>

2.2 系統(tǒng)改造前運(yùn)行情況

大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)自投入使用以來(lái)，基本能正常運(yùn)行，汛期為水庫(kù)調(diào)度提供雨情、水情數(shù)據(jù)，滿足了水庫(kù)調(diào)度對(duì)水、雨情資料的要求，尤其是1995年水庫(kù)上游發(fā)生了1000 a一遇的大洪水，在有線報(bào)訊系統(tǒng)全部中斷運(yùn)行的情況下，水情測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，及時(shí)準(zhǔn)確提供雨情、水情數(shù)據(jù)，為入庫(kù)洪水預(yù)報(bào)及水庫(kù)洪水調(diào)度提供了唯一可靠的數(shù)據(jù)來(lái)源，從而使水庫(kù)能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、科學(xué)調(diào)度，戰(zhàn)勝了這次大洪水。

2.3 系統(tǒng)改造前設(shè)備老化及損壞情況

大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)10幾年的運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)了不同程度的老化和損壞，系統(tǒng)的維修量越來(lái)越大，每年汛期運(yùn)行3個(gè)月，平均外出維修次數(shù)達(dá)30次。設(shè)備的主要問(wèn)題包括:水位筒設(shè)備老化，致使穩(wěn)水效果不佳;雨量站由于長(zhǎng)期在野外風(fēng)吹雨淋，致使部分雨量筒腐蝕嚴(yán)重;集雨漏斗、翻斗等部件發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞;中繼站遭雷擊使蓄電池、電臺(tái)部分損壞;系統(tǒng)設(shè)備的老化及損壞加大了管理人員的維修量，也使系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確率明顯降低。

2.4 改造前系統(tǒng)在運(yùn)行管理中存在的問(wèn)題

大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)較早，投入運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，系統(tǒng)老化，系統(tǒng)誤差較大，例如，“95.7”洪水自動(dòng)測(cè)報(bào)雨量較人工值偏大8%，“01.8”洪水自動(dòng)測(cè)報(bào)雨量較人工值偏大12.2%，2002年汛期幾場(chǎng)大雨自動(dòng)測(cè)報(bào)雨量較人工值平均偏大11.4%，造成這種系統(tǒng)誤差的原因:①自動(dòng)測(cè)報(bào)的雨量筒與人工站的雨量筒安放高程不一致，自動(dòng)測(cè)報(bào)雨量筒一般位置較高;②系統(tǒng)老化及其帶來(lái)的一系列問(wèn)題，其中主要問(wèn)題如下:遙測(cè)雨量站密度不夠;部分測(cè)站及中繼站信道不好;缺少入庫(kù)水文站和水庫(kù)總出庫(kù)站等。此外還存在設(shè)備工藝差，穩(wěn)定性低，抗干擾能力弱，中繼站防雷、防盜措施跟不上等問(wèn)題。

3 改造后的系統(tǒng)

針對(duì)原系統(tǒng)存在的問(wèn)題，2005年大伙房水庫(kù)對(duì)水文測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了徹底的改造，采用招投標(biāo)的方式，由南京南瑞集團(tuán)公司承擔(dān)完成大伙房水庫(kù)水文測(cè)報(bào)自動(dòng)化系統(tǒng)改造，對(duì)系統(tǒng)測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行了加密降雨測(cè)站和增加輔助信道，極大地提高了測(cè)報(bào)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.1 改造后系統(tǒng)概述

改造后的大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱新系統(tǒng))由34個(gè)遙測(cè)站、5個(gè)中繼站和1個(gè)大伙房水庫(kù)調(diào)度中心站構(gòu)成。

測(cè)報(bào)系統(tǒng)的通信以大伙房水庫(kù)為中心，設(shè)西鐮刀灣(448.0 m)，三塊石山頂(1 073.8 m)，煙筒山(814.6 m)、北大嶺(555.9 m)、西大頂(745.9 m)5個(gè)中繼站，遙測(cè)站含25個(gè)雨量站、6個(gè)水文站和3個(gè)水位站。新系統(tǒng)測(cè)站情況見(jiàn)表1，新系統(tǒng)測(cè)站分布見(jiàn)圖1

表1 大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)測(cè)站匯總表

圖1 大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)站分布

3.2 新系統(tǒng)組網(wǎng)方式

本系統(tǒng)遙測(cè)通信網(wǎng)信道為VHF/GSM/衛(wèi)星3種通訊方式的混合信道組網(wǎng)方案。根據(jù)各遙測(cè)站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，綜合考慮VHF、GSM、衛(wèi)星信道3種通信方式的特點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

系統(tǒng)采用230 MHz頻段(水文專用頻段)的超短波為主通信信道，公網(wǎng)GSM短信為輔助信道，2005年時(shí)其中4處(于家堡、樹(shù)基溝、南章黨、占貝)衛(wèi)星信道為輔信道，1處(熬牛)單衛(wèi)星信道。2006年修改為4處(四道河、樹(shù)基溝、南章黨、占貝)衛(wèi)星信道為輔信道，熬牛站為GSM主信道，衛(wèi)星信道為輔信道雙信道方式。將小寨雨量站的傳輸路徑改為小寨－三塊石中繼站－水庫(kù)中心站。新系統(tǒng)組網(wǎng)見(jiàn)圖2。

圖2 大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)改造后通信組網(wǎng)圖

3.3 新系統(tǒng)運(yùn)行情況

新系統(tǒng)2005年開(kāi)始建設(shè)，2006年正式投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)2006年、2007年兩個(gè)汛期的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，維修量少。2006年汛期共發(fā)生4場(chǎng)較大降雨，系統(tǒng)暢通率達(dá)到99%，自動(dòng)化與人工觀測(cè)雨量總平均誤差1.41%，總體精度達(dá)到98%。2007年系統(tǒng)暢通率達(dá)到99.8%，自動(dòng)化與人工觀測(cè)雨量總平均誤差3%，總體精度達(dá)到97%，能夠滿足水庫(kù)預(yù)報(bào)調(diào)度的要求。

3.4 新系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及技術(shù)創(chuàng)新

目前的大伙房水庫(kù)水文遙測(cè)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)和創(chuàng)新之處:

1)在組網(wǎng)方式上，采用VHF單頻組網(wǎng)、VHF與GSM/北斗衛(wèi)星混合組網(wǎng)及雙備份組網(wǎng)相結(jié)合的集中組合方式，體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性、安全性及先進(jìn)性的有機(jī)統(tǒng)一，符合國(guó)內(nèi)外通信組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2)在通信技術(shù)應(yīng)用方面，采用信號(hào)加密和數(shù)字編碼識(shí)別技術(shù)，并設(shè)計(jì)成中心站接收后確認(rèn)方式，顯著提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，在通信頻段內(nèi)降低了對(duì)背景噪聲的要求和接收設(shè)備的門限電平，此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)水文遙測(cè)系統(tǒng)的通信中處于領(lǐng)先水平。

3)在抗雷擊技術(shù)應(yīng)用方面，采用法拉第等電位原理設(shè)計(jì)的等電位屏蔽筒(法拉第筒)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)較傳統(tǒng)技術(shù)大大提高了測(cè)站抗雷擊能力，法拉第筒抗雷擊技術(shù)所具有的成本低、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)居國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。

4)在數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程召測(cè)方面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了中心站對(duì)測(cè)站設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程召測(cè)功能，在數(shù)據(jù)補(bǔ)測(cè)方面，利用備用信道設(shè)計(jì)了補(bǔ)取數(shù)據(jù)功能，可以由中心站發(fā)出指令，要求哪一個(gè)測(cè)站向中心站即時(shí)發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，中心站根據(jù)時(shí)標(biāo)，要求測(cè)站發(fā)回哪一時(shí)段的數(shù)據(jù)，也可以是整個(gè)汛期的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程召測(cè)和補(bǔ)取數(shù)據(jù)技術(shù)解決了水文遙測(cè)系統(tǒng)工程中因漏測(cè)數(shù)據(jù)而影響后續(xù)的洪水預(yù)報(bào)作業(yè)和制定調(diào)度方案問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.5 新系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題

通過(guò)兩個(gè)汛期的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)還存在以下問(wèn)題:

1)個(gè)別站點(diǎn)超短波(VHF)信道還是不太暢通，經(jīng)常啟用備用信道，由于目前公網(wǎng)GSM信道和北斗衛(wèi)星信道比較可靠，所以不會(huì)造成測(cè)站信號(hào)的丟失。

2)個(gè)別雨量測(cè)站來(lái)大數(shù)問(wèn)題，目前還沒(méi)有解決。

3)中心站屢次出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，這可能與應(yīng)用軟件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的配置有關(guān)，目前還未徹底解決。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技水平不斷的發(fā)展，水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水庫(kù)管理中的作用越來(lái)越突出，它可以使水庫(kù)調(diào)度人員及決策部門在第一時(shí)間內(nèi)掌握水雨情，在防洪減災(zāi)及提高水庫(kù)效益方面發(fā)揮重要作用。我國(guó)自1978年開(kāi)始進(jìn)行水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)的試點(diǎn)工作，到20世紀(jì)80年代末的10余年間，全國(guó)共建成各類系統(tǒng)約50個(gè)，而到1999年4月，全國(guó)已建和在建的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)達(dá)482處，但20世紀(jì)90年代中期以前修建的水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件和工藝水平的影響，現(xiàn)在急需更新改造，希望大伙房水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的更新改造的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o其他系統(tǒng)的改造提供借鑒，以使水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在水庫(kù)管理中發(fā)揮更大的作用。

［1］ 水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 SL61－2003［S］.水利部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).

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