长沙枢纽水情自动测报系统的建设与运行

长沙枢纽水情自动测报系统的建设与运行

文跃凌

（长沙市湘江综合枢纽工程办公室湖南长沙410200）

摘要：水情自动测报系统是应用遥测、通信和计算机技术，实现水文数据自动采集、传输、处理，由计算机进行水情预报和水库调度的现代化技术。长沙枢纽为了安全度汛及电站和防洪调度决策的需要，由湖南省水利水电勘测设计院进行了长沙枢纽水情自动测报系统的设计研发工作。本文介绍了长沙枢纽水情自动测报系统的设计、建设、安装、调试情况。

关键词：水情测报；功能；预报；安装；运行

1、系统设计

湘江长沙综合枢纽工程（以下简称长沙枢纽）是一座以改善湘江通航为主，并兼有保障供水、灌溉，改善环境、公路交通、发电等多重功能的综合性枢纽工程。为了保证安全度汛及电站和防洪调度提供决策依据，长沙枢纽建设了水情自动测报系统（以下简称系统）。

系统建设站点分布在湘江下游湘潭至湘江长沙枢纽工程之间，系统规模为1:20，包括1个中心站、1个水位雨量站，1个水位站，18个雨量站，水情信息中心站设在长沙枢纽电站中控楼。

1.1系统功能

系统主要功能是准确、及时地自动采集流域内水雨情信息，对这些信息进行计算、分析和综合处理。根据雨水情和气象信息，做出短期水文预报。根据水情信息和水文预报，按照枢纽综合利用的要求，进行水库调度方案的计算和分析比较。在保证上、下游防洪要求和枢纽本身安全的前提下，为电站的防洪调度、航运调度以及发电优化调度提供决策支持。

1.2系统工作体制

系统工作体制为定时自报、超限加报和召测兼容的方式，自报时系统具有下行“确认”机制，中心站设备24小时处于值守状态，系统中遥测站水文要素一旦发生变化，遥测设备即刻进行数据采集、资料经通信设备传输至中心站完成资料预处理后进入数据库，然后通过计算机网络供有关部门查询、检索。

水位、雨情信息的采集采用固定间隔为5分钟的段次采集，有变化即存，当采用非GPRS信道时，则每个正点发送一小时内各时段数据。如果非整点某5分钟时段数据达到预先设定的阈值，则加报。

平安信号每间隔12或24h通过主、备信道各发送一次，即在水情没有变化时，每隔12或者24小时发送一次平安信号，从而为工作人员对仪器工作状况进行判断提供了依据。

系统信息中心还具有发送控制指令的功能，通过手机短信发送固定编码至具体遥测站通讯卡，既可获得遥测站当前水雨情信息，也可获得当前工况信息。

1.3通讯方式设计

系统采用GPRS/GSM为主备通信信道，各遥测站和中心站均采用单一的星形报汛通信网，经由选定的传输信道(GPRS/GSM)与中心站建立通信，实施水情信息传输。在遥测终端机控制下，自动完成被测要素的采集，将取得的数据经过预处理后存入存储器，并完成数据的传输，并通过与水文部门建立数据共享通道，实现库区内已建雨水情监测信息的共享。

1.4水文预报

预报系统作为系统重要组成部分之一，其目的是根据流域降雨和产生径流情况预报入库流量和库水位变化过程。其洪水预报是否准确，预见期的长短，对洪水的调度是否合理影响重大。

系统预报模型采用的是在我国广泛应用的新安江三水源模型和降雨径流相关法，长沙枢纽坝址洪量骨干预报利用系统自建站点以及共享水文局站点等共计56个遥测站雨量、水位（水文）气象等水情信息，按株洲航电枢纽至长沙综合枢纽区域自然构成的干支流逻辑关系，优选出16个模型参数按《水文情报预报规范（SL250-2000）》中的效率系数和合格率标准评定，再根据各干支流控制站河段的水文水力特性以及洪水传播时间，划分单元河长，率定各河段的马斯京根发洪水演进系数。

河道汇流采用马斯京根模型及水位流量相关法，预报中结合最新计算机、GIS技术进行单元划分、面雨量计算和实时校正，便于预报人员做到心中有数。

1.5可靠性设计

系统除中心站外，其他野外站点面临着风雨雷电、高低温、潮湿等考验，所有遥测站点的设备都做了专门的防潮处理，可以在潮湿环境中常年工作。各遥测站都尽量采用直流供电，以消除电源线引入的雷电干扰的破坏，交流供电线路都安装有电源避雷装置。在通信电路的设计中，选择了目前技术成熟高可靠的GSM/GPRS为主备信道的通信方式。

2、系统设备

2、1设备选型

系统设备按类型分为遥测设备和中心站设备；按功能分为传感器、通信设备、控制电路、保护设备及电源设备等。

传感器包括翻斗式雨量计和浮子式机械编码水位计两种，雨量计承雨口内径200mm，分辨率0.5mm；水位计分辨率为1cm，浮子直径15cm，量程为40m。

遥测通信设备包括天线、通讯终端两部分，通信终端支持双频GPRS/GSM，支持动态IP地址数据中心DNS域名寻址；支持固定IP地址数据中心；点对点、中心对多点等数据传输。

控制电路包括遥测终端，该产品基于嵌入式系统，具有自动采集雨量、水位、视频图像等参量的功能；有足够数量的外围设备接口，并支持模拟量、数字量、RS485、RS232及事件量类型等多种传感器信号接入，可方便地进行系统扩充和扩展；具备强大的处理能力，具有多信道、多种供电方式和较大的存储空间，功耗低、运行稳定可靠，操作简便。

保护设备包括充电保护器和信号避雷器，充电保护器具有过流、过压、过充、反极性自动保护功能；信号避雷器具有通流容量大、持续耐压高、残压低、衰减小、响应速度快且使用寿命长的特点。

电源设备在各遥测站均采用太阳能浮充的蓄电池供电方式，由控制电路板进行充电控制以避免过充和过放，中心站采用交流电，大容量的UPS在中心站停电时自动切换并可保证相关计算机连续工作8小时。

中心站设备包括数据接收工控机、数据库服务器、应用服务器、主干交换机、楼层交换机、网络防火墙、专业计算机分配器、短信群发设备、应用计算机、激光打印机等。

2.2设备安装

长沙枢纽水情自动测报系统的最大特点是集成化高，便于安装与维护。各遥测站的遥测仪中复杂的电子电路都已经集成模块化，安装方便且容易更换；太阳能光板、天线以及遥测终端设备之间的连接安装线路简洁明了；中心站的计算机联网随着计算机技术的日益发展更加可靠。

3、运行情况

系统于2012年12月开工建设，2013年8月投入试运行。连续运行四年来，系统经洪汛等各种情况的考验，运行良好，对长沙枢纽的防汛和生产调度发挥了重要作用。

系统完成一次全部遥测站的数据采集时间不超过1分钟，包括数据处理，作业预报，成果输出的总时间不超过3分钟，性能指标超过了国家标准。试运行以来，系统没有发生过设备遭雷击时间，表明系统的防雷处理是成功的；系统全部遥测站单站设备的平均无故障工作时间远高于设计标准6000小时，中心站设备的平均无故障工作时间也远远高于设计标准5000小时，显示了设备的高可靠性；系统中心站历经多次停电从未中断过运行，说明UPS容量配置合理；洪水来临时，系统能迅速做出预报，反映了系统良好的实用性。

4、结束语

水情自动测报系统是现代通信技术、自动控制技术与计算机技术的综合运用，是自动化管理的另一分支。系统以其良好的实时性、准确性，已经开始为长沙枢纽运行发挥作用。可以相信，在将来的工作中，随着经验的不断积累，系统将充分发挥出更大的效益。

作者简介

文跃凌（1979-07），男，汉族，籍贯：湖南衡东，当前职务：科长，学历：本科，研究方向：水电。