石評楊　阮榮乾

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于橋水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

石評楊阮榮乾

摘要于橋水庫是天津市最大的一座水庫，1985年建成的水情自動測報(bào)系統(tǒng)需要重新建設(shè)，完成與水庫運(yùn)行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報(bào)、調(diào)度和管理。

關(guān)鍵詞水文預(yù)報(bào)遙測水情自動測報(bào)于橋水庫

1　于橋水庫概況

于橋水庫是天津市最大的一座水庫，壩址位于薊縣城東4 km，薊運(yùn)河左支流州河上游出山口處，流域面積2 060 km2，總庫容15.59億m3，是以防洪、城市供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程，整個(gè)流域位于燕山山脈的迎水坡，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)性半濕潤氣候，多年平均降雨量在750 mm左右，多年平均徑流量5.06億m3，降雨多發(fā)生在七、八月份，占全年降雨的85%；暴雨中心常在水平口、馬蘭峪、遵化等地，州河上游主要接納淋河、沙河、黎河三支匯流，其中沙河水量最大，多年平均徑流量2.7億m3。

2　原有水情自動測報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

于橋水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)于1985年由南京水利水文自動化研究所與于橋水庫協(xié)作研制，系統(tǒng)由1個(gè)主控站和12個(gè)遙測站組成，上游地區(qū)有10個(gè)遙測站呈扇形分布，下游州河楊津莊及泃河三岔口各有1個(gè)遙測站，為水庫洪水調(diào)度方案提供降雨量及水位數(shù)據(jù)，遙測站將數(shù)據(jù)通過超短波信道傳遞給主控站。系統(tǒng)經(jīng)過十幾年的運(yùn)行，設(shè)備老化，部分水文設(shè)施遭到破壞不能使用，水位自計(jì)井有些已經(jīng)倒塌；原有站點(diǎn)分布不合理，需要增加新水位站點(diǎn)；電臺使用頻率為150 MHz，信號經(jīng)常受到干擾；原在DOS平臺上開發(fā)的控制軟件已無法滿足當(dāng)今工作的需要，值班機(jī)采用的是KC-85機(jī)，不能保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)無法進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3　系統(tǒng)重建的必要性

原有水情自動測報(bào)系統(tǒng)使用年限已過，于橋水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)已不能承擔(dān)水情測報(bào)與洪水預(yù)報(bào)之重任。由于設(shè)備制式和頻率的原因，改造舊系統(tǒng)不能從根本上解決防雷和串?dāng)_等問題?，F(xiàn)代自動測報(bào)技術(shù)與設(shè)備集成度發(fā)展很快，在原有系統(tǒng)上修修補(bǔ)補(bǔ)的費(fèi)用也不比建一套新系統(tǒng)節(jié)省多少。新系統(tǒng)的建設(shè)將使遺留問題徹底解決，因此，需要對于橋水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行重新建設(shè)。

4　系統(tǒng)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

本次于橋水庫水情系統(tǒng)規(guī)模為：遙測系統(tǒng)設(shè)1個(gè)中心站 （于橋水庫）、12個(gè)衛(wèi)星遙測站，其中于橋、龍門口、水平口、前毛莊、果河橋、般若院、上關(guān)、楊津莊和三岔口共9個(gè)站遙測參數(shù)為雨量、水位2個(gè)量，流域內(nèi)其它3個(gè)站遙測參數(shù)均為雨量。本系統(tǒng)建設(shè)以于橋水庫中心站為核心，實(shí)時(shí)接收各遙測站數(shù)據(jù)。

在于橋水庫流域內(nèi)，采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，組成衛(wèi)星通信網(wǎng)。工作體制為自報(bào)和應(yīng)答式相結(jié)合。

5　遙測系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

于橋水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)建設(shè)的目的是改善水文數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，縮短水文數(shù)據(jù)的匯集和預(yù)報(bào)調(diào)度作業(yè)所需時(shí)間，增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集和處理的可靠性，其總體功能是系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地完成本流域地區(qū)間的水文數(shù)據(jù)及相關(guān)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、傳輸、接收和處理，并用計(jì)算機(jī)將實(shí)時(shí)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，輸出全漢化的各種圖形、報(bào)表。系統(tǒng)能夠長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下穩(wěn)定可靠地工作，外站為無人值守站，具有自檢能力，能對電源電壓進(jìn)行監(jiān)測，保證中心站能夠具有全系統(tǒng)的遙測數(shù)據(jù)。中心站能夠通過計(jì)算機(jī)檢測各遙測站的現(xiàn)場數(shù)據(jù)及各站的工作狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)水情作業(yè)預(yù)報(bào)。當(dāng)在水情量越限、設(shè)備工作異常情況下實(shí)時(shí)告警。系統(tǒng)各站點(diǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯集到控制中心后，經(jīng)處理和作業(yè)后的成果數(shù)據(jù)傳送到主管部門，及時(shí)拿出防洪調(diào)度方案，提出可靠決策，供防汛決策部門使用。

5.1中心站主要功能

于橋水庫水情衛(wèi)星自動測報(bào)系統(tǒng)中心站接收系統(tǒng)主要功能為通過衛(wèi)星通信信道實(shí)時(shí)接收、存儲全庫區(qū)流域遙測站發(fā)送的水雨情數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)信息整編后，自動導(dǎo)入洪水調(diào)度數(shù)據(jù)庫中。中心站采用美國微軟公司的 Windows Server2000網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，選用SQL Server2000中文版數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)具有完整性、獨(dú)立性、實(shí)時(shí)性、靈活性、安全性、可維護(hù)和擴(kuò)展性、規(guī)范和統(tǒng)一性、滿足于橋水庫分布式和網(wǎng)絡(luò)并發(fā)處理能力的要求。

5.2遙測站功能

自動、實(shí)時(shí)采集雨量、水位數(shù)據(jù)，并通過衛(wèi)星通信信道直接將水情信息傳送到于橋水庫中心站。

遙測站采集、處理經(jīng)過濾波的水位值，分辯率為1 cm，實(shí)時(shí)采集降雨雨量，雨量的分辨率為0.5 mm，當(dāng)衛(wèi)星遙測站滿足ΔH、ΔR、ΔT時(shí)，向中心站發(fā)送水情數(shù)據(jù)。各遙測站具有人工置數(shù)功能，能夠輸入由人工測量的雨量、水位、流速、流量和蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)，以便向中心站發(fā)送數(shù)據(jù)信息。

各遙測站都向于橋中心站報(bào)告本站運(yùn)行狀態(tài)信息。衛(wèi)星遙測站發(fā)出的每一條信息，都自帶站點(diǎn)本身的地址碼和信息采集時(shí)刻標(biāo)識，表明該信息的來源和采集時(shí)刻。

5.3數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

實(shí)時(shí)、定時(shí)接收各遙測站的水文數(shù)據(jù)，經(jīng)過合理性檢查、糾錯(cuò)后，形成暫存文件；根據(jù)需要建立各種數(shù)據(jù)庫、進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理；原始數(shù)據(jù)的檢索和水情實(shí)況監(jiān)視。

根據(jù)水文資料和預(yù)報(bào)方案，做出洪水預(yù)報(bào)方案和運(yùn)用調(diào)度方案。

向有關(guān)部門傳送水情信息。

6　洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度應(yīng)用軟件功能設(shè)計(jì)

6.1洪水預(yù)報(bào)調(diào)度軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能

具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接收及處理功能，數(shù)據(jù)庫管理，水文預(yù)報(bào)和洪水調(diào)度功能。根據(jù)流域水文、氣象、地理特性及有關(guān)水文資料，于橋水庫水情自動測報(bào)系統(tǒng)采用三水源模型加實(shí)時(shí)校正模型作為本系統(tǒng)的洪水預(yù)報(bào)模型。脫機(jī)編制洪水預(yù)報(bào)方案 （模型參數(shù)率定），實(shí)時(shí)水文預(yù)報(bào)，實(shí)時(shí)校正模型。

6.2洪水預(yù)報(bào)模型與洪水調(diào)度軟件設(shè)計(jì)

于橋水庫洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)軟件采用Windows作為支撐平臺，編程語言采用Visual Basic和Visual C++等。洪水預(yù)報(bào)精度及調(diào)度結(jié)果達(dá)到了部頒甲級標(biāo)準(zhǔn)。

洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)是水庫水情測報(bào)自動化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要進(jìn)行與水庫運(yùn)行有關(guān)的監(jiān)視、預(yù)報(bào)、調(diào)度和管理。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下主要內(nèi)容：提供短期的水文預(yù)報(bào)軟件；實(shí)時(shí)監(jiān)視水庫運(yùn)行情況；運(yùn)行人員通過計(jì)算機(jī)屏幕可以方便地監(jiān)視整個(gè)流域內(nèi)的雨水情變化，可以方便地修改某些信息，可對模型參數(shù)進(jìn)行有權(quán)限地修改，以達(dá)到對水庫的綜合運(yùn)用管理；洪水作業(yè)預(yù)報(bào)的精度滿足水文規(guī)范要求；洪水作業(yè)預(yù)報(bào)考核的主要內(nèi)容包括：洪峰及峰現(xiàn)時(shí)間、預(yù)見期、洪量、洪水過程、最高水位及出現(xiàn)時(shí)間等。輸出打印的各項(xiàng)數(shù)據(jù)表，格式符合有關(guān)的規(guī)范要求。

7　結(jié)語

該系統(tǒng)建成后，基于對歷史資料的收集整理，通過對實(shí)時(shí)水文、氣象和水庫運(yùn)行信息的自動采集，利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，進(jìn)行在線水文預(yù)報(bào)、調(diào)洪演算、優(yōu)化調(diào)度和水務(wù)綜合管理等，為于橋水庫提供了滿足防洪、發(fā)電及其他綜合利用要求的水庫調(diào)度決策方案。

中圖分類號TV736

文獻(xiàn)標(biāo)識碼B

文章編號1007-6980（2016）01-0036-02

作者簡介

石評楊男高級工程師水利部海委漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局山東德州253009

阮榮乾男助理工程師水利部海委漳衛(wèi)南運(yùn)河管理局山東德州253009

收稿日期（2015-11-17）