河流流域水庫自動化管理論文

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奎屯河流域源于天山支脈依連哈比爾尕山，流域面積為1945km2，屬高山融雪和降水補給類型的干旱區內陸河流。氣候干燥屬于典型的大陸性氣候，年均氣溫6.9℃，年降水量110~200毫米，年蒸發量1500~2000毫米，夏季極端最高氣溫達43.1℃。其特點是河流水量隨氣溫的高低而漲落，冬季水小，夏季水大，其中6、7、8月占45%，多年平均來水量為11.61億m3。奎屯水庫位于天山北麓、準噶爾盆地緣，古爾班通古特沙漠西面、是奎屯河上的一座攔河水庫，l954年建成，設計庫容3500萬m3，1984年進行加固擴建，庫容增至5000萬m3，設計水位3l6.90米，均質土壩，壩頂高程319.00米，最大壩高9.8米、壩頂寬度4米、壩長11.6公里，奎屯水庫有東、西兩座泄水閘，東閘尺寸2.9×2.9米、閘底高程311.11米、最大泄水流量：25m3／s，西閘尺寸2.5×2.5米。閘底高程308.35米、最大泄水流量：26m3／s均為平板鋼閘門。奎屯流域水庫除了以灌溉為主，還兼有重要的防洪任務的調節水庫。因此，及時掌握奎屯河流域水庫水位、庫容、閘位及引水渠、溢水渠水位、流量、閘位等信息是非常重要的。

為滿足水庫防洪調度的需要，提高運行管理水平和經濟效益，建成了水情自動化測報系統及洪水預報調度系統。系統采用了超短波傳輸數據等一系列成熟的高科技技術，提高了奎屯水庫水文信息采集、傳輸、處理和調度決策的準確性和時效性[1]，確保灌區工程安全運行和汛期防洪。

1系統設計原則

奎屯水庫水情自動測報系統的設計原則如下[2]：

（1）、系統穩定性、可靠性較高，采用較成熟的產品、精度高，性能穩定，系統結構的開放性數據庫的兼容性，應用軟件的可移植性，具有強大的決策功能。

（2）、實用性強，能及時的讓水管機構掌握水庫的水位、庫容及進庫、泄出流量的實時數據。以便于水管機構對瑪納斯河水資源的合理利用，提供可靠的信息，同時還可以進行歷史數據的查詢，及通過歷史曲線的觀察，更快地掌握瑪納斯河的規律性。

（3）、實時性與兼容性，實時反映各水庫及渠道的水位及閘位的高度；測報系統在不改變水庫原有的操作的情況下，系統一旦出現故障，水庫按原操作運行，便于管理及維護。

（4）、多樣性，系統可實現多種功能，在完成整個實時測報外，還具有參數存儲、越限報警、即時打印、報表打印、故障打印等其他科室功能。

（5）、擴展性，預留數據接口，便于奎屯河自動化管理發展的需要，且維修方便，易操作等原則。

2水情自動測報系統組成

新疆建設兵團農七師奎屯河流域奎屯水庫水情自動測報及防洪調度系統以農七師水利局為防洪調度中心，奎屯河流域水利二處布設分中心，建有將軍廟、新龍口、西泄水閘及車奎調節渠等9個遙測監控站。中心站包括中心監控工作站、SQLSERVER數據庫以及建立在以太網基礎上MIS系統。水情自動測報系統的所有遙測數據由遙感設備及前置機實時收集后，前置機軟件對數據進行解碼、糾錯、合理性檢測，以開放式數據庫的形式存儲，供查詢、統計、顯示和打印，最終通過共享方式提供給后臺主機進行洪水預報和調度決策。系統組成框圖及遙測站布置圖如圖1、圖2所示。

奎屯水庫分中心

圖2奎屯水庫遙測站布置圖

Fig.2Planofthetelemeteringstationsdisposal

3系統工作原理及功能

3.1系統工作原理

水位傳感器和閘位傳感器采集到數據并上傳到RTU(RemoteTelemetryUnit)，RTU經過匯總和邏輯處理后，采用水利部規定頻點的無線超短波傳輸方式或通過有線MODEM將數據上傳，超短波數字傳輸電臺可以在不加中繼的情況下通信。中心監控站讀取實時數據并進行實時監控，將實時數據寫入SQLSERVER水文數據庫，用戶管理信息系統（MIS）基于以太網可瀏覽及修改數據庫中的各種數據。

3．2遙測站功能

遙測站由遙測終端機、電源（太陽能系統、蓄電池和直流穩壓電源）組成。主要用于水庫的水文數據采集、存儲和傳輸控制，與無線電臺、微波系統或有線信道連接完成對水位、雨量和其它水文數據的傳輸。主要技術指標為：水位測量范圍：0-10m；水位測量精度：小于5mm；水位變率范圍：0-40厘米/分鐘；連續不間斷工作時間（MTBF）大于100000小時。適應的環境條件：溫度范圍（-22℃~55℃）；相對濕度：98%；電源：交流電壓（380V/50Hz,220V/50Hz）,直流電壓（10V~14V）。基本功能如下所述：

（1）設置功能。包括站號、測站類型、自動和增量定點報數間隔、增量隨機自報報值、時鐘和傳輸數據方式設置。

（2）數據采集和存儲功能。采集各現場設備的水文數據，采用5位LED數碼顯示及自適應采集水位（當水位在所設定的范圍內無變化時，按設定的時間間隔發送數據，當水位變化超過設定的變幅時，則實時發送數據）。

（3）具有信道偵聽，遇忙禁發，減少阻塞及電源切換和充電控制等功能[3]。

3.3中心站功能

中心站是全系統的信息收集和調度中心，遙測站采集到水文數據并經長距離傳送后在此進行處理、存儲，并做出洪水預報和洪水調度方案。中心站由數據采集處理機（前置機）、洪水預報主機（后臺機）、無線調制調解器、打印機、交流穩壓器及不間斷電源（UPS）等主要硬件設備構成。

中心站前置機主要功能有：

（1）系統初始化：對新建系統的站號、站名、測站屬性、水位計類型、水位基值、水位上限、水位下限及終端機等參數進行初始化設定。

（2）通信狀態顯示：監視與遙測站的通信狀況，顯示原始信息及處理后的有關水文數據，動態報警顯示和查看報警。

（3）實時數據顯示：接收到各遙測站的實時數據后，前置機進行正誤性判別，消去誤碼．實時測報和存儲各個遙測站點的水位、流量和庫容等水情信息并以表格的形式顯示出來；流域圖則顯示出流域及各測站的動態水情，包括該站的時段降雨總量、平均雨量、最大雨量等參數。

（4）數據查詢：可按單站、多站、查詢起止時間、不同時段來查詢上述記錄及歷史曲線及歷史數據查詢。

（5）系統管理：由時間設置、測站參數設置、系統參數設置等幾個子模塊構成，其特點是可遠程修改各測站相關參數，完成中心站對遙測站的實時管理。

（6）打印輸出：可按時間和測站號(或測站名)的組合打印輸出附設、水位、通信記錄數據等報表。

（7）窗口管理：可同時運行多個窗口，并進行水平平鋪、垂直平鋪。

（8）電子地圖方式顯示流域灌區全貌和實時數據。

（9）從監控中心工作站自動讀取水位、閘位、庫容、流量數據，并根據用戶設定從數據庫中讀取某時間段內的水位、庫容、閘位、流量數據生成各種日報表、月報表、年報表。

（10）設置所有用戶訪問數據庫的權限。

（11）支持訪問水庫調度運行計劃及調度方案，支持訪問閘門量水、斷面量水水位流量關系表及方程。

中心站后臺主機的主要功能有：

后臺主機與前置機可以通過局域網互聯，共享數據，實現奎屯河水庫群的洪水預報和調度功能。局域網采用10兆比特以太網絡，C/S（客戶/服務器）工作方式，最大可帶16臺計算機，覆蓋瑪管處決策機構及職能科室。

后臺主機主要由預報、調度和檢索3部分組成。

預報部分采用自適應修正系統模型和日水量平衡的概念性模型，在系統控制下完成奎屯水庫入庫洪水的預報。為增強預報的交互性，系統提供了大小洪水預報方案的選擇、誤差系列校正法和基流設定等交互功能。

調度部分的功能是：

（1）洪水預報過程會商調整；

（2）實時洪水調度演算；

（3）按水位控制和調度原則進行調洪演算，給出相應調度方案。

奎屯水庫是重要的防洪水庫，其調度是分級的，水庫水位或入庫洪水超過某種限制時，調度權歸上級防汛指揮部門。指令調度模型只考慮泄洪設備的泄洪能力約束，通過調洪演算給出相應調度方案。

為使預報作業人員對流域的降雨水情有一個總體的把握，系統為用戶提供了等雨量線圖、水位和入庫流量過程線、水量自動計量，以及基于有關數據庫表格的檢索和一系列報表生成、打印功能。

4數據庫設計[4]4.1數據庫功能

數據庫主要功能為存儲水情信息數據、水庫工況及相關的水利技術文檔，實現數據的查詢、檢索和索引等功能。數據庫是系統所有應用軟件的核心模塊，支持客戶機/服務器（Client/Server）結構，支持并行處理技術及面向目標的綜合信息查詢，且安全可靠，穩定性高。

4.2數據庫內容

奎屯水庫水情自動化測報系統數據庫內容主要有：

（1）站點數據水情管理信息系統中的最為重要的數據，用于各應用系統中，包括各個站點的信息數據、工程資料、引水渠和泄水渠或溢洪道的基本數據（設計尺寸、高程、流量等）。

（2）文本數據包括各類技術資料、水情自動測報系統有關的規定、政策法規文件、收發文件、各類檔案和技術標準等。

（3）監測數據遙測站點的日常水情監測資料，如水位、流量、累計流量等。

5系統技術特點

奎屯水情自動測報系統功能較完善，由于使用的儀器和軟件均為成熟的品牌，系統可靠性良好、工作穩定；主要特點簡述如下：中心站采用工控機，24小時不間斷實時監測；數據傳輸通過智能可編程控制器RTU，對數據進行邏輯處理后，利用超短波數傳電臺通信；傳感器精度較高，壓力傳感器精度可達到1厘米；實時監控，SQLSERVER數據庫的數據操作及歷史數據查詢；方便的防洪會商及水庫調度運行決策；基于以太網的C/S服務；方便的報表生成和打印功能；系統的擴展性非常好。

6系統的運行情況和效益分析

6.1系統的運行情況

奎屯河水庫群水情自動測報系統已經運行兩年。根據水文自動測報系統規范的要求，在實際需要設定的時段內，9個遙測站向中心站發送水文數據，以中心站收到的正確數據來計算，系統暢通率為96．4％，運行狀況良好。

6．2效益分析

建設水情自動化測報系統不僅為安全度汛和優化調度提供可靠的保障，還具有較好的經濟效益和社會效益。如經濟上可以節約管理經費，降低管理人員的勞動強度[5]。系統投入運行后，管理人員由原來1人管1閘變為1人管多閘，不再需要上閘啟閉閘門和跑上跑下看水位、記錄數據、計算流量，且數據的精度和準確性較人工記錄完整可靠。同時，系統的運行有利于加強用水管理，提高水庫的管理水平，實現水情信息的無紙辦公、閘門自動化等，在兵團及自治區范圍內起到示范性作用。

7結語

綜上所述，在奎屯河流域水庫建立自動化測報系統，具有以下優點：

（1）系統的應用，規范了水利管理工作，使各種水管資料從原始數據錄入到最終形成檔案資料，對水庫、渠系、工程資料查詢實現了自動化，工作效率和質量大大提高減少了調水損失，爭取了調度時間，降低水庫的防洪風險度。

（2）減輕了工人的勞動強度，運行測報系統后，原本由各基層分別上報的實時數據，集中到了監測系統中心控制室和各領導部門的計算機的屏幕上，增強了實時性，使操作人員和領導干部隨時了解水庫水文的實時數據。

（3）數據的可靠性和實時性大大增強了，并方便管理，測報系統對水庫進行全方位的監控，實時數據每兩分鐘上傳一次，使領導機構能快捷地了解水庫的實時信息，對水資源的合理利用和分配提供可靠的依據；

（4）維護方便，根據數據的顯示情況便可判斷出故障的原因，便于檢修人員掌握準確情況，縮短了檢修時間；

（5）杜絕了人情水、關系水等人為因素造成的水資源的浪費和流失。

（6）奎屯河流域水情自動測報系統的建立為水庫的安全度汛和優化調度提供了可靠的保障，提高了水庫的防洪效益和經濟效益。同時，也為兵團、自治區推廣建立水情自動測報系統探索了一條新的途徑，積累了一些成功的經驗。

參考文獻

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[2]孫增義，吳躍.水情自動測報技術基礎及應用[M].北京：中國水利水電出版社，1999

[3]舒大興，錢鋼.YDZ-YL300型智能兼容水情遙測終端設備的研制[J].水利水電技術，2001，32（7）

[4]何新林等.新疆瑪管處夾河子水庫洪水調度系統報告之一[M].新疆石河子.2001

[5]劉桂宏，孫健.灌區灌溉管理監控自動化系統的開發和應用[J].灌溉排水.2001.3.65-68