贵州省万坝水库水情测报系统设计浅析

李茂斌

（贵州中水建设管理股份有限公司，贵州 贵阳 550002）

科学、合理的水库水情测报系统设计，不仅能够保证万坝水库的安全运行，而且可以有效地减小外界环境因素对水库产生的影响，提高水资源的利用率，先进的水情测报系统对万坝水库的管理及运行至关重要。鉴于此，本文围绕万坝水库水情测报系统设计展开分析。

1 工程概况

万坝水库位于贵州省德江县沙溪乡舒家村黄泥溪，河流黄泥溪河属于长江流域乌江水系马蹄河二级支流，一级支流为塘坝河。水库正常蓄水位为1173 m，死水位为1163 m，兴利库容为77万m3，总库容为112.8万m3，为多年调节水库，工程等别为Ⅳ等，工程规模属小（1）型。水库由主库和副库通过连通隧洞连接而成，主库河流为小沟河，副库河流为黄泥溪河，黄泥溪河发源于舒家村黄泥溪，河源高程为1368 m，于黄泥溪汇合小沟河后进入伏流。黄泥溪河全流域集水面积为1.49 km2，主河道长2.18 km，河道平均比降为67.6‰。小沟河发源于舒家村观音山，河源高程为1400 m，于黄泥溪汇合黄泥溪河后进入伏流。小沟河全流域集水面积为1.16 km2，主河道长1.97 km，河道平均比降为85.6‰。

2 水情测报设计依据及原则

2.1 设计依据及参数计算

水库以上流域无水文测站，邻近流域有沙坝水文站、德江气象站、煎茶雨量站。根据各测站，可以有效分析万坝水库洪水及径流情况，对万坝水库施工及运行作出一定的洪水预测及供水分析。

（1）设计采用以下规范作为设计依据，《水利水电工程初步设计报告编制规程》（SL 619-2013）、《水利水电工程进水口设计规范》（SL 285-2018）、《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》（DL/T 5207-2005）。

（2）坝线区水文、气象资料统计表，见表1。

表1 坝线区水文、气象资料统计表

（3）副库下泄洪水计算，根据工程布置，隧洞泄洪采用淹没出流方式计算泄流曲线。

式中：Q为隧洞下泄流量；μc为隧洞流量系数；λ为沿程水头损失系数；L为隧洞长度，取300m；d为隧洞直径，取3m；C为谢才系数；n为隧洞糙率；取0.016；R为水力半径；H0为上下游水位差。

万坝水库副坝水位～泄流曲线计算结果见表2。

表2 万坝水库副坝水位～泄流曲线计算成果表

2.2 布置原则

水情测报系统的测报范围是坝址以上流域。站网的布置原则，能够综合反映出雨情与水情的变化情况；在满足水情测报系统要求的前基础上，减少遥测站数量；便于通信组网；避开危险等不利因素，利于建设、运行和管理；考虑对外传输。

3 水情测报系统设计

3.1 站网布设

万坝水库坝址以上流域集水面积1.82 km2，属于小流域水库。结合《水文站网规划技术导则》（SL 34-2013）中的相关指导原则科学布置站点。初步在水库布设分中心站一个，主坝上水位雨量遥测站一个，坝后水位遥测站一个，副库坝上水位遥测站，溢流堰视频采集传输系统一套。通讯系统运用GSM，手机短信和超短波通讯作为备用，水情分中心站应和县水情中心站和省防汛指挥系统保持良好连接[1]。

3.2 遥测站设计

3.2.1 遥测站功能分析

水文遥测站是一种低功耗、可靠性较高的远距离数据采集传送装置，能够自动实时、定时地采集水位、雨量等水文参数和终端电源电压状态，并向中心站准确发送出各项数据和终端工作状态信息。遥测终端(RTU)是水文遥测站的核心，具备完善的工作状态指示功能，上电自动初始化、自测试功能，以及一定范围的软件与硬件故障自保护功能[2]。

遥测终端提供人/机操作界面，支持操作人员在现场有序完成数据检测、参数设置、附属设备(电源、传感器等)测试、RTU自诊断、人工观测数据设置、通讯设备控发等工作。结合贵州省防汛指挥系统的结合要求，要求遥测终端协议能兼容或支持《贵州省防办水情测报短信模式通讯协议》(GZ-ABfb3-1)。

3.2.2 通讯方式选择

根据万物互连，物连网及智慧城市的发展，打造智慧水务平台为水库的运行提供实时数据，建立水库合理调度原则。结合本水情测报系统的规模及系统的先进行、可靠性和控制经济成本等方面的因素，系统选用GSM移动通信的组网方式，不设备用信道。遥测站设备配置见表3。

表3 遥测站设备配置表

3.2.3 遥测终端设计

遥测终端是数据采集传输设备，在自动测报系统中起着重要作用，是连接前端传感器和后端监测分析软件的数据通道，为整个系统构建数据基础。

（1）结合设定的时间表和要求，进行参数的采集、存储和发送（雨量发送累计值和时段值，水位发送实时值）。

（2）系统支持现场或远程设置功能，动态修改工作模式，包括其它工作参数、站址设定、发送前导时间设定、定时报时间、平安报间隔时间、动态修改数据传输体制和数据报送频次等等。

（3）具备良好的非易失存储器，能够存储2万条以上的水位或雨量数据，而且能够实现本地下载。

（4）系统能够外接增量式雨量传感器、水位传感器，运用GPRS、GSM等多种方式完成发送和接收，支持多中心发送和主备信道自动切换。

3.3 视频监控系统设计

为更好地实现实时管理，实时监控取水口、库区、溢洪道，有必要建立视频监视系统，增强水库及坝区的安全防范水平。科学的视频监控可对各个重要地点，各个部位的水库设施，包括现场人员活动情况进行全面、实时监控，进一步提升水库的管理水平[3]。

根据实际要求，万坝水库拟建4处实时视频监视点，分别监视两库库区、溢洪道、取水口。图像监视系统的前端设备为摄像机，摄像机选用新型球型机，可在受控条件下，实现自由转动，有效完成定点扫描，同时自带夜视红外，即使在近距离内，仍然能够实现清晰夜间监视，摄像机具备良好的调焦功能。加强解码器设计，解码器的主要功能是把由中心发出的控制命令有效还原，还原成为具体的控制信号，对云台和镜头运动起到良好控制作用。

视频监控系统功能主要包括：采用电子地图和文本的方式，大力完善水雨情的监视工作；针对相关流域与水库，包括站点和雨水情数据进行科学查询；统计、生成雨水情统计报表和简报；以柱状图、曲线等图表方式绘制雨水情信息，并可进行多站、多曲线的分析，实现综合对比。

视频监控系统主要以水系图作为背景，将测站中的各项数据准确反映于图上，在图上，操作人员能够更为清晰的观察各个站点运行情况，收集实时数据。一般来讲，系统会每隔5 min刷一次数据，显示的雨量表示当天8点至现阶段的降雨量累计数值，如果水库出现溢洪现象，系统界面能够自动显示当前溢洪流量[4]。

4 结语

水情测报系统应能够综合反映出雨情与水情的变化情况，在满足水情测报系统要求的基础上，减少遥测站数量，便于通信组网，避开危险等不利因素，利于建设、运行和管理，并考虑对外传输。通过对万坝水库水情测报系统建设规划设计进行分析，明确水情测报系统的测报范围与站网布置原则、遥测站规划设计要点、站网布设规划设计要点等，可以保证万坝水库水情测报系统稳定运行，有效提高水库的安全性。