亭子口水利枢纽水库调度自动化系统浅谈

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

1 工程概况

亭子口水利枢纽位于四川省广元市苍溪县境内，下距苍溪县城约15km，是嘉陵江干流开发中唯一的控制性工程，是以防洪、灌溉及城乡供水、发电为主，兼顾航运，并具有拦沙减淤等效益的综合利用工程。

水库正常蓄水位(防洪高水位)458m，死水位438m，设计洪水位461.3m，校核洪水位463.07m，总库容40.67亿m3。水库预留防洪库容10.6亿m3(非常运用时为14.4亿m3),具有年调节性能，可灌溉农田19.48万hm2。电站装机1100MW，通航建筑物为2×500t级。工程等别为Ⅰ等，工程规模为大(1)型。

工程于2009年11月正式开工，2013年6月18日下闸蓄水，同年8月首台机组投产发电，2014年5月4台机组全部投产发电。

2 水情自动测报系统

2.1 系统结构

亭子口水利枢纽水情自动测报系统，由水情数据采集、传输、接收处理中心及水文预报系统组成。以亭子口水利枢纽为中心站，采用GPRS/GSM、北斗卫星混合组网的通信方式，将各水情遥测站自动采集的水情信息自动传输到中心站。中心站对所接收的水情信息经计算机数据处理后存入实时数据库，供水情预报和信息服务系统及第三方系统软件调用。水情预报系统完成不同预见期的预报成果，为亭子口水利枢纽的安全调度提供决策依据。

2.2 水情自动测报系统续建和站网布置情况

依据枢纽第一阶段水情自动测报系统的运行特点，以及为保证暴雨区的预报精度，二期续建扩大规模，加大库区站点密度，以满足水库防洪与电站经济调度、下游防洪等功能需要。亭子口洪水大多来源于白龙江及广元至亭子口区间的暴雨区，而青川、三磊坝、昭化、雁门、上寺一带暴雨最为频繁，水情站网布设偏重于该区域。支流白龙江三磊坝及以上区间的水情信息，利用宝珠寺和碧口水库的水情自动测报系统所采集的信息。考虑该区域对亭子口水库水情预报非常重要，亭子口公司已与广元宝珠机械电气工程有限责任公司签订了长期的水情信息合作协议，确保能得到该区域最准确的水情信息。

新增水位站和雨量站后，亭子口水利枢纽水情自动测报系统规模为1∶35。在35个遥测站中，有9个水位雨量站和25个雨量站，1个气象站，覆盖略阳至亭子口坝区。广元以上区域有雨量站14个，水位雨量站3个；上寺以上区域雨量站7个，水位雨量站1个；三磊坝～广元～上寺～昭化区间雨量站5个，水位雨量站2个；昭化～亭子口坝址处区域雨量站7个，水位雨量站3个。坝区设置1个自动气象站，实时监视坝区气温、空气湿度、气压、降雨量、蒸发量、天气现象等项目。

2.3 水文数据传输

2.3.1 通信组网

根据枢纽水情自动测报系统区间所在流域的自然地理特性，亭子口水利枢纽水情自动测报系统遥测站至中心站采用GPRS通信为主信道，GSM短信通信及北斗卫星通信为备用信道混合组网。其中，坝上增建的1套浮子式水位系统采用GPRS通信为主信道，GSM短信为备用信道。水位雨量站和大部分雨量站采用GPRS/GSM和北斗卫星双信道，少部分雨量站采用GPRS/GSM信道。

2.3.2 工作体制

亭子口水利枢纽水情自动测报系统采用混合式工作体制，具有现地和远地编程控制功能的定时自报或事件自报功能，并具有查询应答功能。北斗卫星通信和GPRS通信具有定时自报或事件自报功能，GSM短信通信具有定时自报或事件自报以及查询应答等功能。

2.4 洪水预报方案

洪水预报采用流域降雨径流预报和河段流量预报方法。

预报方案是将流域分为广元以上区域，上寺以上区域，三磊坝～广元～上寺～昭化区间，昭化～亭子口坝址处区域四个区域，分别作预报方案。

该预报方案的评定，根据SL250～2000《水文情况预报规范》规定，对1981～2006年洪水样本进行综合检验，略阳～广元各项评定要素的合格率稍低为乙等，上寺以上区域达乙等，广元、三磊坝、上寺、昭化、亭子口均为甲等以上。

2.5 系统特点及实际运行情况

2.5.1 系统特点

(1)在充分研究河网特性、暴雨特性的基础上，论证站网、科学布局，既满足了施工期洪水预报精度要求，又最大限度降低了投资；

(2)系统采用定时自报、超限加报、定时或随机查询应答等工作方式，并支持休眠唤醒工作方式，降低了测站能耗，工作方式可编程设置；

(3)遥测站可现地读取数据，设置参数，发送流量数据和人工观测水位；

(4)系统采用GPRS/GSM和北斗卫星相结合的通讯方式，提高了水文站点通讯的可靠性和畅通率。

2.5.2 实际运行情况

亭子口水利枢纽水情自动测报系统第一期于2009年5月1日投入运行，2013年完成续建。系统至今已运行5年，经历了暴雨、洪水、雷电、高温、高湿、大风等恶劣环境的考验，系统总体运行情况良好，功能达到设计要求，为亭子口水利枢纽施工安全度汛发挥了重要作用。

从经历的几场较大洪水看，预报合格率为100%，优良率为95%，系统对大洪水的水情预报质量比较可靠。系统总的运行质量和水情预报精度有待后期验证。

2009年7月中旬，上游暴雨频繁，坝址连续出现了3个洪峰，最大流量达11800m3/s，导流明渠上游围堰水位接近10年一遇洪水位384m，是1999年以来最大一场洪水。水情人员利用水情测报系统采集到的各遥测站的实时水雨情信息，提前10h预报洪峰流量为12000m3/s，导流明渠上下游围堰水位分别为384.00m和381.11m，为亭子口公司抗洪抢险赢得了充足的准备时间。

2013年主汛期，共发生了12次涨水过程，其中洪峰流量5000m3/s以下3次，5000m3/s～8000m3/s的6次，8000m3/s以上的4次，洪水发生之频繁为历年少见。最大洪峰出现在6月6月21日，洪量达11800m3/s。这场洪水历时长、暴雨强度大、雷电多，在恶劣的条件下，系统运行一切正常，提前8h发布了洪峰流量为12000m3/s的预报，完全满足亭子口水库的调度要求。

3 水调自动化系统

3.1 系统结构

亭子口水调系统采用开放式结构，提供冗余的、支持分布式处理环境的网络结构，满足可扩充性、安全可靠性、开放性等要求，具备强大的网络通信功能。水调系统通过中间件实现双网结构中的双网负载平衡，应用软件采用多阶层的设计方法，所有的应用客户端都不直接与数据库相连，而是通过网络数据服务进行集中管理和服务，可有效地避免系统单点故障对系统整体可靠性造成的损害。利用水情自动测报系统和洪水预报系统，可对流域径流的形成和洪水过程的演进进行实时监测、监控和演算、预报，科学合理地制定水库洪水、发电调度方案。

3.2 软件设计

亭子口水调系统的子系统分别为：实时数据监视预警，值班管理，图形系统，报表系统，洪水预报调度系统，水库调度，短信发布系统，数据管理系统，系统管理，并有Web浏览器。主要软件功能包括：水调报表自动计算，定时洪水预报，数据报警，数据采集、数据处理，数据备份，隔离传输，WEB浏览服务子系统，防洪、发电等调度软件，数据库管理与维护，数据通信，报表子系统，数据查询与实时监视，短信平台子系统，日志记录，统计与分析等。

3.3 洪水预报

3.3.1 洪水预报系统

亭子口洪水预报系统，依据对坝址上游流域自然地理和暴雨洪水特性的分析，并考虑水库运行调度的具体特点，其功能主要包括：历史洪水管理，实时洪水预报，模型库及参数管理，预报方案管理，场次洪水管理，参数率定等。

预报采用新安江模型，首先对预热期、预见期、预报时段长、雨量统计方式、预报断面等进行确定，然后进行洪水长、中、短期预报。洪水预报预见期越长，精度越更高，基本预报方案预见期为3h、6h、9h、12h、24h、48h方案，预报内容包括洪峰预报、过程预报和洪量预报等。

3.4 水库调度

3.4.1 防洪调度系统

洪水调度系统主要功能是制定洪水调度方案并对方案进行管理。在水库的调洪计算中，入库洪水过程线作为已知条件，水位库容曲线、泄洪建筑物泄流曲线以及发电机组的特性曲线等作为资料条件，再加上被调度电站自身安全运行的约束条件，经过洪水调度模型计算，最终推求出电站的下泄流量过程和库水位过程，并结合闸门的启闭规则将下泄流量分配到各闸门，形成闸门开度的决策支持方案。

亭子口水利枢纽的调度方式包括：调度规程调度，给定闸门调度，给定水位调度，给定出流调度四种方式。水库防洪调度方案包括：对一次洪水过程进行洪峰流量及一、三、五、七日洪量的预报，以及有关的宏观调洪分析判断，是否需要调洪等；调度方案提供参数有：闸门类别，时间，开度，调度过程等。

3.4.2 发电调度系统

水库发电调度系统分为以下内容：以时段为单位的实时发电调度；以旬月为单位的年发电计划；以日为单位的月发电计划；中长期发电优化调度；实时控制调度；发电调度数据库管理。

在制定发电调度计划中，需要选择入库流量的输入方式，共有三种输入方式：频率法，典型年法，预估入库流量法。系统默认为预估入库流量法。频率法可按照任意时段任意频率从数据库中读取流量，流量显示在右方的入库流量表中，用户可对入库流量进行修改；点击典型年法，输入年份后，系统直接从数据库中读取所输入年份相应于调度时段的入库流量；调度方式分别为调度图、给定时段末出力、给定时段末水位三种方式。系统按照输入的流量和选择的调度方式制作发电计划。

3.5 系统实际运行情况

2013年汛期，流域内多次发生持续性强降雨，强降雨频繁为历史罕见。面对严峻的防汛形势，亭子口公司本着“安全第一、预防为主”的原则，准确预报，精心调度，积极有效地拦洪、预泄、削峰、错峰，在确保枢纽自身安全度汛的同时，为缓解下游防汛压力，提高下游梯级电站的综合效益，配合下游地方政府抢险救灾等方面，发挥了重要作用。

削减洪峰，减轻下游防汛压力。在了解上游流域天气预报及电站运行情况的基础上，准确分析洪水特性，尽可能削减洪峰。2013年最大洪峰流量11800m3/s，最大出库流量5800m3/s，消减洪峰6000m3/s，削减率达51%。在确保工程安全前提下，积极配合下游电站需求，为其防洪、发电创造便利条件。成功拦蓄洪尾，在预报9月中下旬上游流域有一次明显降雨过程后，与省电力部门沟通协调，加大发电出力，预泄腾库3亿m3，9月19日洪峰过后拦尾回升至目标水位，本次重复利用库容增发电量约6000万kW·h。

系统总的运行质量和水情预报精度有待后期验证。

4 结语

4.1 水情自动测报系统从施工期第一阶段到续建完工，总体运行情况良好，所有测站中，昭化、江口、坝上水位站十分重要，应做好设备备份与维护，及时修正水位流量关系，并设置人工应急报汛手段，确保昭化、江口、坝上站水情信息准确畅通。

4.2 亭子口水利枢纽已基本完工，上游干流及支流建成有较多电站，天然河道已改变，入库洪水预见期明显缩短，需要与上游电站建立长期的水情信息协议，及时完善、补充预报方案，特别是要掌握白龙江碧口、宝珠寺水库泄流情况，提高预报精度，增长预见期。

4.3 水调自动化系统的使用，既为保证枢纽和下游的安全提供的依据，也为水库带来了较大的社会效益和经济效益。进一步完善水情、水调自动化系统，并根据水情站网布设及蓄水后入库洪水汇流特性，修订了水文预报方案，洪水预报精度、遇见期得到提高，为实现拦洪、预泄、削峰、错峰等调度措施提供技术支持。