岳城水库遥测系统设计技术方案简介

2017-07-21于伟东

海河水利 2017年3期

于伟东

岳城水库遥测系统设计技术方案简介

于伟东

（海河水利委员会漳卫南运河管理局,山东德州253009）

岳城水库遥测系统一期工程始建于1985年，二期工程建设于1989年，三期工程1999年建设完成，因系统老化等原因，2010年停止运行，严重影响岳城水库水情预报和防汛安全。2016年，岳城水库遥测系统建设列入国家水资源监控能力建设项目（海委）第二阶段的建设任务。阐述了岳城水库遥测系统对漳卫南运河流域防汛调度和洪水预报的重要意义和作用，并对岳城水库水情测报系统站网布设、通信方式、系统功能等进行分析论证。

岳城水库；遥测系统；水情自动测报

1 项目概况

岳城水库位于河北省磁县与河南省安阳县交界的漳河干流出山口处，控制流域面积18 100 km2，总库容13亿m3，是海河流域南系漳河上一座以防洪、灌溉为主兼有供水、发电等功能的大（1）型水利枢纽工程。岳城水库水情自动测报系统（遥测系统）一期工程始建于1985年，二期工程建设于1989年，三期工程1999年建设完成。原岳城水库遥测系统是漳卫南运河流域防汛调度和洪水预报的重要环节，系统采集岳城水库上游太行山区的水情、雨情信息，通过超短波传送到岳城水库中心站，再由PSTN通信拨号方式传送数据到漳卫南运河管理局（以下简称漳卫南局）、海委，在岳城水库水情预报和调度运用中具有重要作用。经过多年运行，岳城水库遥测系统畅通率逐年降低，设备故障频率逐年增多，现场维护难度逐年加大。按照《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2003）规定，岳城水库水情自动测报系统属于超限运行。2009年5月，漳卫南局组织了岳城水库遥测系统评估，认为该系统属于超期服役，且技术落后，不具备修复价值，建议及时更新现有的水文测报系统。2010年系统终止运行。2016年，水利部印发《水利部关于印发〈国家水资源监控能力建设项目实施方案（2016—2018年）〉的通知》，岳城水库遥测系统建设列入国家水资源监控能力建设项目（海委）第二阶段的建设任务。

2 站网布设论证

站网布设关系到系统建设规模和投资，关系到洪水预报精度、防洪调度的科学合理性及系统的运行和维护，是水情自动测报系统的重要内容。

2.1 原遥测站网评价

岳城水库原遥测系统包括1个中心站、6个中继站、4个雨量兼水位遥测站、6个雨量兼人工置数流量遥测站、24个雨量遥测站，共计34个测站，覆盖了清漳河全部和浊漳河漳泽水库、后湾水库、关河水库以下及漳河干流，控制流域面积约11 910 km2，占总流域面积的66%。

岳城水库的重点测报范围为三库石梁区间，清漳河匡门口站以上区间，石梁、匡门口—观台之间的区间（简称石匡观区间）。多年运行实践证明，岳城水库原测报站网基本符合流域降雨和地形特点，综合考虑了基本控制区域的降雨分布和下垫面对降雨径流的影响，可满足水库洪水、径流预报和调度需要。

2.2 站网调整

本次建设根据岳城水库水情测报的新要求以及流域水文站网进一步完善的实际，充分考虑现有站点情况、通信组网条件和技术发展情况，基于预报模型相匹配等因素，对原有站网进行调整，优化站网布局，满足岳城水库实时洪水预报调度的要求。站网调整主要依据以下原则：

（1）保持站网稳定。现有站点布设比较合理，按照资料系列完整和经济可行的原则，测站分布尽量利用原有测站，除个别地区调整外，原则上不变动测站站址。

（2）重点预报区间站点适当加密。漳河流域洪水预报分6个区间，即浊漳河的关河水库以上区间、后湾水库以上区间、漳泽水库以上区间、三库石梁区间，清漳河匡门口站以上区间，石梁、匡门口—观台之间的区间。在岳城水库测报范围的三库石梁区间、清漳河匡门口站以上区间和石梁、匡门口—观台之间的区间，增加浊漳河天桥断、吴家河电站、观台冶子站，库区增加东新安、南孟村站。

（3）水库控制区站点取消。浊漳河北、西、南三源上分别建有关河、后湾、漳泽3座大型水库，控制流域面积分别为3 146、1 296、1 747 km2，区间洪水受3个大型控制性水库控制，对于三大水库控制区的站点不再保留。因此，取消南谷洞水库上游石板岩站，降雨和径流由南谷洞水库出库站控制；取消清漳河石匣水库上游横岭站，降雨和径流由石匣水库出库站控制；取消浊漳北源涅河山交站（山西省武乡县故城镇山交村）；取消清漳河东源紫萝、和顺、松烟站，降雨和径流由蔡家庄、芹泉站控制。

（4）充分利用水文站点，增加清漳河东源芹泉、清漳河麻田站，粟城站调整至粟城水文站（新建水文站）。

3 站网分析评价

3.1 站网总体情况

站网调整后，系统规模为1个中心站、36个遥测站，36个遥测站包括5个水位、雨量站，5个流量、雨量站，4个水位、流量、雨量站和22个雨量站。

（1）中心站1个，为岳城水库。

（2）水位、雨量站5个，包括蔡家庄（浮子水位计）、观台（浮子水位计）、匡门口（浮子水位计）、吴家河（雷达）、天桥断（雷达）。

（3）流量、雨量站5个，包括后湾水库、漳泽水库、关河水库、刘家庄、石梁。

（4）水位、流量、雨量站4个，包括侯壁、芹泉、麻田、粟城（全部安装浮子水位计）。

（5）雨量站22个，包括石匣、寒王、偏城、东阳关、西井、襄垣、任村、郝赵、涉县、河南、蟠龙、寨沟、南偏桥、五里后、实会、白土、南谷洞、平顺、南孟村、东辛安、观台村、坝上雨量站。

3.2 站网分析评价结果

（1）代表性站网密度为382 km2/站。整体布设合理、均匀，在支流、暴雨频发地区都布设雨量站，能有效控制流域降雨分布及由于下垫面不均匀性对降雨径流的影响，暴雨中心区的密度适当大于其它地区，满足水文站网规划技术导则要求。

（2）控制性水库均设站，后湾水库、漳泽水库、关河水库、石匣水库、南谷洞水库、岳城水库均设有站点。

（3）站网与现有水文站网结合，充分利用河道和水库水文站网，主要包括芹泉、麻田、刘家庄、匡门口、石梁、侯壁、天桥断、观台等。

（5）满足水文自动测报系统规范要求，测站布设在交通、生活方便和安全的地方，通信条件良好，便于建设和维护管理。

站网论证分析表明，其能够满足岳城水库洪水预报及防洪调度的要求。

4 遥测系统设计

4.1 指导思想

（1）对遥测站点进行系统规划、改造和设备更新，提高系统采集时效性和可靠性。遥测站数量、位置根据实际需要进行微调，更新软硬件，改造机房、防雷等基础设施，建设全新的水情自动测报系统。

（2）采用先进可靠的新技术，取消二级以上中继站，减少设备转发时间。系统采用自报方式，通信方式采用GPRS/卫星双信道，提高系统可靠性，各遥测站、中继站均采用无人值守的管理方式。

（3）实现水雨情信息实时采集，满足水情预报、洪水调度和水资源配置需要。

4.2 设计原则

大家都是做广义上的司法工作的，谁在工作中都会遇上点不痛快的事。有的时候真是压了一肚子的火不能发，简直呕到吐血，只有“我为人民服务我骄傲”才能平复心情。

（1）先进性原则。所有设备全部选用技术成熟、业界先进的产品，保持其技术先进性。

（2）经济实用原则。坚持“经济运行、高效实用”的原则，在完全满足各项功能要求的前提下，尽量节省改造建设经费。

（3）可扩展性原则。坚持“实施简单、扩容便捷”的原则，做到安装便利，易于维护且有高度的开放性、兼容性和可持续性。

（4）可靠性原则。坚持“长期运行、稳定可靠”的原则，系统的设备实现7×24 h不间断可靠运行。鉴于防汛工作的重要地位和特殊性，防汛遥测系统必须选用通用的、技术上十分成熟的、运行稳定可靠的设备。

4.3 总体功能

实时、定时采集、传输和处理测站的水情信息；完成水情预报作业；基于TCP/IP技术，满足其它有关计算机系统的数据通信规约；查看中继站、遥测站的各种硬件参数，包括电源、传输设备的工作状态；遥测站、中心站具有数据存储功能。

4.4 工作体制

采用GPRS/卫星双通道水情自动测报系统。遥测站采用主备信道运行，GPRS为主信道，北斗卫星为备用信道，一点双发组网。遥测站数据同时发送到岳城水库水情中心和漳卫南数据接收中心，岳城水库水情中心站接收数据采用固定IP专线接收GPRS传输的数据，卫星指挥机接收卫星信道传输的数据，漳卫南数据接收中心采用固定IP专线接收数据。主中心出现故障后，两个中心数据互为备份，通过专线实现数据同步。岳城水库邯郸办公地点和漳卫南局通过网络直接访问水情应用系统。

5 遥测站总体功能和系统组成

5.1 遥测站总体功能

采用自报式体制，1 h发送1次数据，每发1次数据需要把上1 h采集的12个数据发送到中心。

（1）随机采集、自报。每当雨量变化1个计量单位（1 mm）或水位变化1个计量单位（1 cm）且与上次发送间隔大于规定时间，向中心站发送当前数据。传输内容包括站号、当前雨量累计值、当前经过滤波瞬时水位等数据。

（2）定时采集、自报。按预定的定时时间间隔（坝上站10 min、匡门口、侯壁、观台水位30 min）采集当前数据并向中心站发送。

（3）状态报告。向中心站报告遥测站的工作状态（如设备状态、电源信息等）。

（4）自适应采集自报。当传感器数据在容限内（雨量≤5 mm，水位≤10 cm）变化时，按规定方式采集数据；当数据突变（雨量＞5 mm，水位＞10 cm）时，可根据变幅自动增加采集、发送次数，以取得数据极值。

（5）现场显示。显示时间（年、月、日、时、分）、站号，雨量当前累计值，当前水位，一段时间内的雨量值和水位最大值、最小值、平均值。

（6）现场设置。设置站号，采用时间间隔，定时自报时间间隔，年、月、日、时、分，水位高程基准值，日水位数据的起始时间，电台预热时间，消浪幅度。

（7）关机保护。具有软件、硬件多重关断电台电源的保护措施。

（8）节能。当不需要数据采集、发送时，系统进入休眠状态。

（9）具有人工干预立即发送功能。

5.2 系统组成

系统主要由采集系统、传输系统、电源系统、防雷接地系统和附件组成。

（1）雨量站。雨量站主要由翻斗式雨量计、RTU、GPRS模块、卫星终端、太阳能板、太阳能充电控制器、蓄电池、防雷接地网、避雷针、避雷器、室外防护机箱、杆件辅材及附件等组成。

（2）流量置数雨量站。流量置数雨量站主要由翻斗式雨量计、RTU（含人工置数器）、GPRS模块、卫星终端、太阳能板、太阳能充电控制器、蓄电池、防雷接地网、避雷针、避雷器、机箱辅材及附件等组成。

（3）水位、雨量站。水位、雨量站主要由翻斗式雨量计、水位传感器、RTU、GPRS模块、卫星终端、太阳能板、太阳能充电控制器、蓄电池、防雷接地网、避雷针、避雷器、机箱辅材及附件等组成。

（4）水位、流量、雨量站。水位流量雨量站主要由翻斗式雨量计、水位传感器、RTU（含人工置数器）、GPRS模块、卫星终端、太阳能板、太阳能充电控制器、蓄电池、防雷接地网、避雷针、避雷器、机箱辅材及附件等组成，共4个。遥测站设备连接，如图1所示。

图1 GPRS+卫星传输遥测站设备连接

5.3 岳城水库中心站功能及组成

系统设立岳城水库水情中心、漳卫南数据接收中心。中心站是水文测报系统的中枢，能完成数据采集、数据处理和洪水预报等工作，能通过局域网与其它客户机进行数据共享，并可将数据传输到漳卫南局及上级机关。中心站主要功能有：①能通过GPRS和卫星信道实时接收各遥测站的数据，加注时间标签，进行合理性检查，自动备份原始数据；②对采集数据进行分析、统计计算，绘制打印图表；③对流域参数具有输入、更新及查询功能；④完成水情预报；⑤数据库功能；⑥漳卫南局通过现有网络可实时接收岳城水库水文自动测报系统数据，于岳城中心站互为数据备份，为防汛调度提供有力的支持；⑦在岳城水库邯郸办公地点安装单屏显示设备，通过现有网络，实时显示岳城水库水文测报系统水雨情信息。