張 健

（長(zhǎng)江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434023）

1 工程概況

沙港水庫(kù)位于荊州市荊州區(qū)川店鎮(zhèn)西北4.2km處，壩址在川店鎮(zhèn)三界村，攔截沙港溪流壩址以上來(lái)水面積12.78km2，總庫(kù)容1416萬(wàn)m3，始建于20世紀(jì)70年代初期，是1座擔(dān)負(fù)著防洪、城市供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用任務(wù)的中型水庫(kù)。

水庫(kù)樞紐工程由大壩、沖沙泄洪洞和灌溉輸水洞等建筑物組成。大壩為均質(zhì)粘土壩，長(zhǎng)1450m，壩頂高程78.0m，寬5m；大壩由東壩和西壩組成，上游邊坡1∶3.25，為預(yù)制塊護(hù)坡，下游邊坡為1∶2.5～1∶2.75，內(nèi)平臺(tái)寬15.0m，高程61.59m；壩址以上集雨面積12.78km2，主河流長(zhǎng)4.3km，壩址上游河床平均坡降0.54%，水庫(kù)正常水位69.50m，相應(yīng)庫(kù)容775萬(wàn)m3，總庫(kù)容超過(guò)1416萬(wàn)m3。

水庫(kù)所處地區(qū)梅雨季節(jié)與汛期氣候?qū)λ畮?kù)水位的漲落影響較大，汛期時(shí)，洪水主要由暴雨形成，暴雨持續(xù)時(shí)間一般為48h，流域內(nèi)年降雨量650mm。

當(dāng)前，由于水庫(kù)壩體均未設(shè)置滲流量觀測(cè)設(shè)施，現(xiàn)防洪標(biāo)準(zhǔn)已達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，存在防洪標(biāo)準(zhǔn)低、配套設(shè)施不完善、工程老化、年久失修等問(wèn)題；水庫(kù)處于限制蓄水位和帶病運(yùn)行狀態(tài)；大壩欠高、邊坡滲漏等嚴(yán)重影響大壩安全。為全面提高水庫(kù)防汛現(xiàn)代化與信息化管理水平、科學(xué)利用水資源，確保水庫(kù)工程安全及減輕荊州市及下游太湖港的防洪壓力，最大限度地發(fā)揮水庫(kù)綜合效益，急待建設(shè)一套快速及時(shí)、準(zhǔn)確可靠、先進(jìn)實(shí)用、高度自動(dòng)化的水雨工情信息采集、監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水庫(kù)安全運(yùn)行狀態(tài)、水雨情、水庫(kù)環(huán)境等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為防洪排澇、水資源優(yōu)化配置提供決策支持，進(jìn)一步提高水資源管理的速度和水準(zhǔn)。

2 水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)集成方案設(shè)計(jì)

2.1 站網(wǎng)設(shè)置

遙測(cè)站網(wǎng)的布設(shè)是綜合考慮沙港水庫(kù)以上流域的自然地理特性、降雨洪水特點(diǎn)、洪水預(yù)報(bào)的要求，共布設(shè)中心站1處、水位站2處、遙測(cè)雨量站2處。

中心站：系統(tǒng)遙測(cè)中心機(jī)房設(shè)在荊州市荊州區(qū)沙港水庫(kù)工程管理局辦公樓。

水位站：設(shè)置水位監(jiān)測(cè)站2處，分別位于東壩0.1km、西壩0.2km處。

雨量站：設(shè)置遙測(cè)雨量站2處，分別位于水庫(kù)工程管理局和川店鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府樓頂處，平均每站控制面積6km2。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與通信組網(wǎng)方式

2.2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

沙港水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)是由雨量、水位、傳輸、中心控制、存儲(chǔ)檢索、預(yù)報(bào)等模塊所構(gòu)成的有機(jī)整體。系統(tǒng)總體架構(gòu)分為前端數(shù)據(jù)采集單元、遙測(cè)終端RTU控制、無(wú)線傳輸、接收終端、上位機(jī)控制單元、中心站測(cè)報(bào)軟件等幾大部分。系統(tǒng)采用220V市電與太陽(yáng)能供電相結(jié)合的方式最大限度地保障系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定與不間斷運(yùn)行。

布設(shè)于東、西壩兩側(cè)的2個(gè)超聲波水位傳感器分別與之對(duì)應(yīng)的超短波電臺(tái)發(fā)射端相連，傳感器將實(shí)時(shí)采集的水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RS485信號(hào)后，通過(guò)超短波通訊方式發(fā)射出去，與之對(duì)應(yīng)的接收端電臺(tái)收到各自傳來(lái)的調(diào)制數(shù)據(jù)后進(jìn)行解調(diào)，再通過(guò)雙絞線接入接收終端串口服務(wù)器其中2路RJ45串口輸入端中；布設(shè)于水庫(kù)工程管理局和川店鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府樓頂處的2處雨量監(jiān)測(cè)傳感器分別與不同的遙測(cè)終端RTU相連：其中一路雨量數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS方式［5］發(fā)送至上位機(jī)控制單元接收，另一路雨量數(shù)據(jù)通過(guò)遙測(cè)終端RTU轉(zhuǎn)換為RS485信號(hào)后接入接收終端串口服務(wù)器其中1路RJ45串口輸入端中。

該測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自報(bào)式與召測(cè)式相結(jié)合的工作方式。所有測(cè)站都具有定時(shí)自報(bào)和增（減）量加報(bào)功能：當(dāng)被測(cè)水文要素（雨量、水位）發(fā)生變化并達(dá)到規(guī)定的增（減）量時(shí)，測(cè)站自動(dòng)向中心站報(bào)送實(shí)時(shí)水文數(shù)據(jù)，而中心站數(shù)據(jù)接收設(shè)備始終處于等待接收狀態(tài)，亦可人工干預(yù)隨時(shí)或自動(dòng)定時(shí)召測(cè)各遙測(cè)站水文信息，雨量遙測(cè)站RTU的工作參數(shù)可由中心站測(cè)報(bào)軟件遠(yuǎn)程修改。系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)示意圖

2.2.2 系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式

根據(jù)本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用雙信道通信的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（星型網(wǎng)絡(luò)與帶狀網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合）的組網(wǎng)方式。

2.2.3 系統(tǒng)設(shè)備選型

系統(tǒng)所選擇的前端水文數(shù)據(jù)采集設(shè)備分別是南京水文自動(dòng)化研究所研制的JDZ05-1型雨量計(jì)和YDZ-YL9型超聲波水位計(jì)、遙測(cè)終端選用唐山藍(lán)迪生產(chǎn)的RTU7000系列、超短波電臺(tái)選用日精ND250A型便攜式電臺(tái)、接收端服務(wù)器選用北京集智達(dá)科技生產(chǎn)的JZD-7016-8M機(jī)架型串口通訊服務(wù)器，上位機(jī)選用研華IPC-610MB-H工控機(jī)。上述設(shè)備均為目前國(guó)內(nèi)最可靠、性能價(jià)格比最優(yōu)，并符合國(guó)家相關(guān)認(rèn)證及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的合格產(chǎn)品。

2.3 中心站測(cè)報(bào)軟件功能實(shí)現(xiàn)

測(cè)報(bào)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，易于用戶使用和維護(hù)，站點(diǎn)的擴(kuò)充和參數(shù)配置均可由用戶完成。用戶可設(shè)置軟件中的公共變量如：系統(tǒng)名稱、工作目錄、流域圖、遙測(cè)信息接收的水位變幅范圍、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)段等，用戶亦可靈活設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)的測(cè)站數(shù)量，有選擇性地接收中心站所需的遙測(cè)信息，設(shè)置測(cè)站參數(shù)（站名、站號(hào)、站類、零點(diǎn)高程、報(bào)警水位等），可定義測(cè)站每1個(gè)端口的采集信息類型，測(cè)站中的RTU能實(shí)時(shí)采集雨量信息，每1個(gè)端口上采集的信息，可由“測(cè)站設(shè)置”功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出功能可以備份、恢復(fù)數(shù)據(jù)［3］。

用戶亦可根據(jù)自己的要求使用軟件中的圖形繪制功能生成各種圖形如：過(guò)程線、棒圖、雨強(qiáng)圖、測(cè)站圖、文本、位圖、直線等20余種對(duì)象圖元，可自由組合，可在多種圖形中（如流域圖、雨強(qiáng)圖、棒狀圖、過(guò)程線等）直接與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相連，以便從圖上直觀監(jiān)視水位、雨量等測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)變化情況［4］，軟件系統(tǒng)設(shè)置部分如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)置界面

3 系統(tǒng)試運(yùn)行及測(cè)試情況

3.1 系統(tǒng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)建成后，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了前期測(cè)試，試運(yùn)行以1個(gè)主汛期為限，期間主要檢驗(yàn)各測(cè)點(diǎn)功能、系統(tǒng)通訊暢通率及完成運(yùn)行管理工作條例的指定，測(cè)試主要依據(jù)SL61—2003 《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)規(guī)范》、《沙港水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)合同書》、SL34—92《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》、SL250—2000《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》、DL/T5051—1996 《水利水電工程水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定》［1］。

3.2 系統(tǒng)測(cè)試情況

該系統(tǒng)自2010年6月投入試運(yùn)行，按要求進(jìn)行了日常值守和現(xiàn)場(chǎng)專項(xiàng)考核，對(duì)系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)精度、可靠性、數(shù)據(jù)暢通率、供電能力等諸多方面進(jìn)行了嚴(yán)格考核。試運(yùn)行期間，系統(tǒng)軟硬件部分運(yùn)行基本正常，但運(yùn)行中出現(xiàn)了個(gè)別問(wèn)題：中心站某一時(shí)段內(nèi)雨量遙測(cè)站發(fā)來(lái)的雨情數(shù)據(jù)報(bào)文解析出現(xiàn)錯(cuò)誤，服務(wù)器端軟件無(wú)法及時(shí)接收解析后的數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)技術(shù)人員排查故障并調(diào)整通信鏈路后，系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)過(guò)2年的運(yùn)行，該系統(tǒng)基本達(dá)到了技術(shù)合同要求，運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，為水資源管理與防洪決策提供了科學(xué)依據(jù)。

4 系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

沙港水庫(kù)工程防洪保護(hù)面積0.34萬(wàn)hm2，對(duì)照湖北省已建防洪工程措施所占投資比例取分?jǐn)傁禂?shù)10%估算，多年平均減災(zāi)效益可達(dá)1500萬(wàn)元；國(guó)外同類系統(tǒng)壽命一般為8年以上，項(xiàng)目建成后，保守估算總效益可達(dá)1.2億元，投入產(chǎn)出比較大。

4.2 社會(huì)效益

系統(tǒng)的建設(shè)增強(qiáng)了水雨情信息收集、傳遞與處理的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，提高了水情測(cè)報(bào)現(xiàn)代化水平與防洪能力，有效地減輕了發(fā)生洪水時(shí)因水情信息不準(zhǔn)確、不及時(shí)而出現(xiàn)的嚴(yán)重威脅；及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠、完整的水情資料，為相關(guān)部門在防洪抗旱決策指揮與水資源的科學(xué)配置、調(diào)度方面提供了全面、科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)的決策依據(jù)；系統(tǒng)的應(yīng)用也將大大減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。系統(tǒng)建設(shè)前后對(duì)照具體見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)建成前后對(duì)照

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近2年的運(yùn)行并結(jié)合水庫(kù)實(shí)際，該系統(tǒng)運(yùn)行正常、功能齊全、實(shí)用效果顯著，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和存在的缺陷提出了若干完善和修改意見(jiàn)，得到了水庫(kù)管理方和相關(guān)部門的高度重視和及時(shí)改進(jìn)，同時(shí)建議今后在建設(shè)類似系統(tǒng)時(shí)，針對(duì)系統(tǒng)存在的防雷、雨衰等問(wèn)題，應(yīng)引起高度重視。

［1］張小祥，李小梅.青獅潭水庫(kù)水文自動(dòng)測(cè)報(bào)和洪水調(diào)度系統(tǒng)及其應(yīng)用［J］.廣西水利水電，2002（1）:24-27.

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