新疆开都河水情水调系统建设与应用

新疆开都河水情水调系统建设与应用

樊小刚徐康明

（国电新疆开都河流域水电开发有限公司新疆库尔勒841000）

摘要：本文通过开都河流域水情水调系统建设过程以及径流预报模型的选取应用和中期预报的探索，以期为同行水情水调系统建设提供一些参考。

关键字：水情水调;模型;预见期;应用

0前言

水情水调系统是采用现代科技手段对流域水文信息进行测量、传输和处理，为水库防洪调度和水资源合理利用提供各类水资源变化预报以及调度决策等服务信息的综合自动化系统。新疆开都河流域中游河段总体规划为两库六级电站，目前已建成第五、第六级水电站（察汗乌苏、柳树沟水电站），按照《察汗乌苏水电站可行性研究报告》（优化重编）建设流域水情测报系统的设计要求，2011年开都河公司委托中水顾问集团中南勘测设计研究院进行了该流域水情测报系统的整体规划设计，经两次优化后形成了总体设计方案，预算投资约为1168万元，费用巨大。2015年开始应用，预报精度较高，为察汗乌苏、柳树沟梯级电站水库安全、经济调度提供了重要的支撑。

1开都河流域概况

开都河为内陆河流，发源于天山南麓中部海拔4000m的依连哈比尔尕山，流经巴音郭楞蒙古自治州的和静、焉耆、博湖三县，注入博斯腾湖，河流全长525km，流域面积22200km2。开都河中游总体规划“两库六级”开发，察汗乌苏、柳树沟水电站分别第五、六级电站，柳树沟水电站在察汗乌苏水电站下游10km处，距下游大山口水电站河道距离10km，距和静县城公路里程约92km。

察汗乌苏水电站是以发电为主，兼顾下游防洪要求。电站建成后可以承担电网的调峰任务，提高电网的调峰能力和火电运行的经济性。电站于2007年12月投产，装机容量为3×110MW。水库总库容为1.25亿m3，调节库容为0.74亿m3，为季调节水库。柳树沟水电站于2013年4月份投产发电，装机2×90MW，开发任务主要是发电。水库总库容为0.77亿m3，调节库容为0.04亿m3，为日调节水库。

2开都河流域水情测报系统现状

目前开都河流域水情测报系统运行正常，干流从上到下依次建有巴音布鲁克水文站、萨很托亥水文站和霍尔古吐水文站三座水文站，位置分布较为合理，巴音布鲁克水文站控制河道年径流量1/3左右，萨很托亥水文站控制河道年径流量2/3左右，霍尔古吐水文站控制径流量基本接近河道年径流，能够实施监控察汗乌苏断面以上河道来流量，短期预报有较高的准确性。中、上游共布设了21个气象站遥测站点，基本覆盖了上游全部区域，中心站设在察汗乌苏公司营地。系统遥测站点通信主要采用GPS和网络通信方式，无移动信号部位采用北斗通信方式。具体布置图见下图：

3水文模型应用介绍

开都河径流预报高级应用主要采用SRM融雪径流模型和SWAT水文模型耦合模型开展，分别解决开都河春汛和夏汛来水预测问题，同时应用气象数值预报成果延长径流预报尺度，可预报10天内径流趋势，显著提高了预报精度，2016年、2017年综合应用下年平均水情预报精度分别达到了94.15%和94.55%。

3.1春汛SRM模型

SRM（Snowmelt-RunoffModel）融雪径流模型是20世纪80年代初由瑞士科学家Martinec和Rango等人提出，已在全球20多个国家100多条流域进行了试验和应用，对于水文资料相对缺乏的干旱区和高寒区应用效果良好，其核心计算公式如下：

式中：Q为日平均流量，cSn和cRn分别为融雪和降雨径流系数，aAn为度日因子，表示单位度日温度融雪¬深度；Tn+△Tn为气象测点日均气温与参考高程处温差值之和，Si为对应高程带的积雪覆盖率，Pn为降雨，Ai对应高程带的实际面积，k为退水系数。其中T、S、P为输入数据，其它为模型参数。

开都河应用率定结果在察汗乌苏断面确定性系数达86.1%，达到水文情报预报规范(GB_22482-2008)中对预报精度项目等级描述的乙等（0.90>DC>=0.70），满足作业预报应用要求。

3.2夏汛SWAT模型

SWAT（SoilandWaterAssessmentTool）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（ARS，AgriculturalResearchService）JeffAmonld博士1994年开发的。模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程。

SWAT是一个物理基础的模型，可以进行连续时间序列的模拟。SWAT模拟的流域水文过程分为水循环的陆面部分（即产流和坡面汇流部分）和水循环的水面部分（即河道汇流部分）。前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等的输入量；后者决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动。整个水分循环系统遵循水量平衡规律：

式中：swt(mm)是土壤最终含水量，sw0(mm)土壤初始含水量，t为时间(day)，Rday(mm)为第i天总降水量，Qsurf(mm)是第i天地表径流总量，Ea(mm)是第i天蒸散总量，wseep(mm)第i天土壤侧流总量，Qgw(mm)第i天地下径流总量。SWAT模型涉及到降水、径流、土壤水、地下水、蒸散以及河道汇流等。开都河流域模型建设技术路线如图：

开都河流域应用率定以巴音布鲁克水文站、萨很托亥水文站、霍尔古吐水文站、察汗乌苏大坝流量数据为分别进行月尺度、日尺度率定，察汗乌苏断面日尺度确定性系数现为79%，达到水文情报预报规范(GB_22482-2008)中对预报精度项目等级描述的乙等（0.90>DC>=0.70），满足作业预报要求。

4气象数值预报应用

为了实现大尺度来水预测，研究过程中引入气象数值预报概念，开发了以欧洲数值中心、中国T639、美国GFS数值预报为数据源的降雨、气温、风速、太阳辐射数据的解析计算软件，模拟开都河流域内未来10日时间单点、分区的气温、雨量、积雪等预报数据以及全疆风电和巴州太阳能出力情况，同时将数值预报降水、温度处理结果滚动引入模型，驱动水文模型运算，将径流及洪水预报成果的预见期延长至10日，大大提高了应对洪水反应时间，也为应对新疆限电市场环境下察汗乌苏调节库容小导致的弃水问题提供了有力的数据支撑，通过合理调度能够进一步增加水库运行的安全系数，并提高汛期水量利用率抢发电量。

5WEB应用

为便于公司管理人员和运行人员实时掌握公司经济运行信息，公司基于水情水调系统开发了手机web版开都河经济运行综合展示平台，用于实时展示和查询流域降雨用于防灾预警，同时实时展示电站出力、弃水等经济运行数据，便于及时调整梯级电站经济运行方式。

6梯级电站水库调度策略应用

公司梯级电站水库调度工作总体按照“长计划、短按排、勤调算”原则运行，长期发电调度是将自然年分为枯水期、春汛和主汛期三个阶段，按照多年典型年来水测算年度内察汗乌苏水库各月份水位控制计划；短中期根据河道来水、新疆区域新能源风电和太阳能出力预测情况滚动开展7日内梯级电站经济运行方式安排，开展水电-新能源错峰调度工作；实时调度以梯级电站AGC联调系统为基础，不同条件投入手动模式和能耗最小策略、水量平衡策略、收入最大策略自动模式运行。

7开都河水情水调系统优缺点分析

1系统优点

（1）基于SRM、SWAT模型和开都河流域地理信息特性等建立了高精度的开都河水情水调系统；较现行应用主流水情预报系统更为贴合流域特性，准确度更高。

（2）应用ECMWF(欧洲气象中心)、风云3（中国国家气象中心）、MODIS（中分辨率成像光谱仪）等数值预报、卫星数据，实现本流域积雪水当量、覆盖率数据实时生成、流域分区面雨量、气象分布点雨量、梯阶气温等10天预报结果。

（3）首次将气象数值预报与水文模型深度定制耦合，将水文模型模拟河道来水预测预见期从短期提升至中期（10天）的数值预报，预报时效更长，解决了预报尺度短的问题。

（4）首次实现新疆区域风、光出力与流域来水同步预测，为开展智慧营销，实现新能源风电、光伏与水电联合错峰调度提供必要的数据支撑。

（5）开发了移动手机web平台，实现公司电站生产数据实时更新、各类生产报表实现定时自动报送，提高了工作效率。

8结束语

水情水调系统是水利水电工程防洪、发电及其他综合利用目标优化调度系统，是水电企业建设智慧企业重要的组成部分，是一项长期管理应用过程，具有重要的社会经济效益，各级管理应充分认识现代信息技术应用对提升水利水电工程管理服务能力的重要性和必要性，在积极开展系统建设的同时，应加强系统建设的必要性及可用性论证，做好建设规划，避免盲目建设造成浪费；同时应加强人才队伍建设，由使用型向开发型转变，实现系统有效应用。

[参考文献]

[1]李艳萍.关于中小型水库水情自动测报系统建设管理的若干思考.水利发展研究,2007,(6):34-36