(重慶市水利電力建筑勘測設(shè)計研究院，重慶 北部新區(qū)，401120)

水情自動測報系統(tǒng)(以下簡稱系統(tǒng))是利用遙測、通信、計算機和網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)，完成流域或測區(qū)內(nèi)水文、汛情、工情等參數(shù)的實時采集、傳輸和處理，為工程防洪、興利、優(yōu)化調(diào)度提供服務(wù)的自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)能快速、準確地采集、傳輸、處理流域內(nèi)的水雨情信息，并及時作出準確的洪水預(yù)報；能有效提高洪水預(yù)報精度，增長預(yù)見期；是確保水電工程安全度汛和提高經(jīng)濟效益的重要非工程措施，已在國內(nèi)外水利水電工程施工和運行中得到廣泛運用，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

1 工程基本情況

芙蓉江流域位于貴州高原東北邊緣，下游接近四川盆地。發(fā)源于貴州省遵義市綏陽縣黃枧鄉(xiāng)，自南向北流經(jīng)正安、道真兩縣后進入重慶市彭水縣和武隆縣境內(nèi)，于武隆的江口鎮(zhèn)匯入烏江。干流全長233.7km，河床平均比降4.81‰，全流域面積7886km2。

浩口電站位于武隆縣浩口鄉(xiāng)浩口村，為芙蓉江干流(小河口～江口)梯級開發(fā)中的第11級，主要任務(wù)是發(fā)電。樞紐工程距下游江口電站約23km，距武隆縣城32km。壩址處控制集水面積7400km2，占全流域面積的93.8%，電站裝機容量13.5萬kW，調(diào)節(jié)性能為日調(diào)節(jié)。

角木塘水電站位于芙蓉江干流下游河段，地處貴州省遵義市道真仡佬族苗族自治縣境內(nèi)忠信鎮(zhèn)聯(lián)江村放牛坪，上銜官莊電站，下接浩口電站。該電站為河床式電站，距上游官莊電站廠址約15km，距下游浩口電站約20km，壩址在角木塘大橋下游約2.3km處芙蓉江河段上。壩址以上控制流域集水面積6886km2，占芙蓉江全流域面積(貴州省境內(nèi))的87.3%，電站裝機容量7萬kW，調(diào)節(jié)性能為日調(diào)節(jié)。

由于浩口水電站和角木塘水電站為同一業(yè)主，基本上同步施工建設(shè)，且為上下游關(guān)系，因此，浩口水電站施工期水情自動測報系統(tǒng)覆蓋角木塘水電站，一并實施。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

2.1 現(xiàn)有測站基本情況

由于芙蓉江上游已經(jīng)建成多個水電站，目前，上游距離浩口及角木塘梯級水電站最近的魚塘水電站具有周調(diào)節(jié)性能，具有調(diào)節(jié)洪水的能力，在魚塘電站壩址以上流域沒有必要再布設(shè)遙測站點。因此，為滿足各梯級工程施工、運行和流域梯級調(diào)度對水情預(yù)報預(yù)見期的要求，本測報系統(tǒng)設(shè)計擬在魚塘電站至浩口電站壩址區(qū)間，測報面積為2065km2。

目前本次測報系統(tǒng)范圍內(nèi)，在芙蓉江流域建設(shè)有五家院子、長壩等國家基本水文站，同時下游江口水電站建設(shè)有浩口水文站，在整個芙蓉江流域建設(shè)有17個遙測雨量站，在測報系統(tǒng)范圍內(nèi)有5個遙測雨量站。其中長壩水文站在電站完工后將會被淹沒，五家院子水文站將受到角木塘回水影響。浩口水文站處于浩口水電站壩址處，在電站開工后拆除。

2.2 測站布設(shè)

根據(jù)系統(tǒng)功能、流域河系情況、降雨洪水特性、現(xiàn)有測站分布情況、支流的梯級布設(shè)情況，以及測站交通環(huán)境條件，進行浩口水情測報系統(tǒng)站網(wǎng)布設(shè)。站網(wǎng)布設(shè)遵循以下基本原則：

(1)遙測站網(wǎng)應(yīng)滿足洪水預(yù)報要求，應(yīng)同時充分考慮電站施工期和運行期洪水預(yù)報調(diào)度的要求；

(2)雨量站網(wǎng)密度應(yīng)能較好地控制流域內(nèi)降水的時空分布情況，分布基本均勻；

(3)充分考慮山脈、高程等對降水時空分布的影響，便于通信組網(wǎng)；

(4)庫區(qū)測站應(yīng)不受水庫淹沒或回水影響，重要河段應(yīng)有水文、水位站控制；

(5)應(yīng)符合《河流流量測驗規(guī)范》、《水情自動測報系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定》及《水文情報預(yù)報規(guī)范》等有關(guān)規(guī)范、規(guī)程及規(guī)定；

(6)測站盡可能設(shè)在交通、生活方便的地方，便于建設(shè)和維護管理。

另外，站網(wǎng)兼顧系統(tǒng)施工期和運行期各自的特點和需要進行布設(shè)，力爭測站建設(shè)一次到位，節(jié)約投資。

根據(jù)以上水文站網(wǎng)布設(shè)原則，結(jié)合系統(tǒng)測報范圍論證結(jié)果，兼顧施工期和運行期，施工期水情測報系統(tǒng)共建立了1個中心站(浩口)；5座雨量站，分別為大矸、三橋、梅江、洛龍、濯水雨量站；2座水文站：五家院子、魚塘水文站；2座水位雨量站：浩口導(dǎo)流洞、角木塘導(dǎo)流洞水位雨量站；2016年3月，增設(shè)魚塘出庫水位站1座。

2.3 水情預(yù)報方案

浩口、角木塘水電站施工期洪水預(yù)報斷面包括：角木塘電站壩址、浩口電站壩址2個斷面。

根據(jù)芙蓉江流域徑流、暴雨洪水特性、流域開發(fā)情況以及梯級電站運行及綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)的需要，施工期水情自動測報系統(tǒng)洪水期水情預(yù)報方案，宜采用河系預(yù)報和降雨徑流預(yù)報(施工期采用API模型)相結(jié)合的方法，由于各個斷面均設(shè)立了水位雨量站，河系預(yù)報精度較高。

但是對于角木塘電站，根據(jù)洪水傳播時間和降雨徑流預(yù)報初步分析，魚塘電站至角木塘洪水傳播時間較短(1h～3h)、區(qū)間(含梅江支流)產(chǎn)匯流至洪峰出現(xiàn)時間也較短(1h左右)，對施工期洪水預(yù)報來說預(yù)見期較短。區(qū)間預(yù)見期根據(jù)流域特性已經(jīng)固定，因此，對于施工期安全運行來說，必須時刻關(guān)注天氣預(yù)報以及實時降雨和水位變化，做好趨勢預(yù)報，同時關(guān)注雨量和水位預(yù)警指標。

2.3.1 角木塘壩址預(yù)報方案

(1)常規(guī)方案

魚塘電站出庫至角木塘電站區(qū)間有較大支流梅江匯入，角木塘電站入庫洪水由兩部分組成：魚塘電站出庫流量，區(qū)間流量(含梅江流域)。

角木塘水電站壩址流量預(yù)報方案：由魚塘出庫和五家院子流量經(jīng)河系預(yù)報演算至角木塘壩址，同時疊加區(qū)間降雨徑流預(yù)報流量。

Qt+τ=f(Q五家院子t，Q魚塘t，P區(qū)t)

式中：Q——預(yù)報流量；

f——預(yù)報函數(shù)；

t——時間；

τ——相應(yīng)的預(yù)見期，

P區(qū)——區(qū)間降雨徑流量。下標漢字為相應(yīng)的斷面名稱。

角木塘電站預(yù)見期較短，由于上游魚塘水電站出庫流量已經(jīng)實時監(jiān)測，在預(yù)報過程中應(yīng)重點關(guān)注梅江流域預(yù)報，本次施工期將采用API模型進行降雨徑流預(yù)報。

(2)預(yù)警指標

對于角木塘電站常規(guī)預(yù)報來說，區(qū)間產(chǎn)匯流時間較短，為盡可能地提高預(yù)見期和大洪水反應(yīng)時間，在施工期預(yù)報方案編制時可探索引入水位和雨量預(yù)警指標，為施工期服務(wù)。

①魚塘出庫水文站預(yù)警指標

在《角木塘水電站可行性研究報告》提供的角木塘電站圍堰設(shè)計洪水流量的基礎(chǔ)上，確定魚塘出庫站實時水位或者流量預(yù)警指標，當達到預(yù)警指標后，立即向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和工作人員發(fā)送預(yù)警短信。

S預(yù)=f(Q角設(shè)，Q魚，P區(qū))

式中：S預(yù)——預(yù)警短信發(fā)送條件指標；

f——發(fā)送條件判斷函數(shù)；

Q角設(shè)——壩址圍堰設(shè)計洪水流量；

Q魚——魚塘出庫水文站實時流量(也可用水位代替)；

P區(qū)——區(qū)間面平均降雨。

預(yù)警指標根據(jù)輸入條件的大小分為準備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移兩種，在預(yù)報方案編制過程中完善。

②導(dǎo)流洞水位預(yù)警指標

由于本次方案在電站導(dǎo)流洞進口處設(shè)立了遙測水位站，根據(jù)導(dǎo)流洞進口水位建立預(yù)警指標，作為第一種預(yù)警指標的補充，在實際施工過程中觀測和完善。

S預(yù)=f(Z導(dǎo))

式中：S預(yù)——預(yù)警短信發(fā)送條件指標；

Z導(dǎo)——導(dǎo)流洞實時水位；

f——發(fā)送條件判斷函數(shù)。

應(yīng)實時判斷水位上漲趨勢，將指標分為準備轉(zhuǎn)移和立即轉(zhuǎn)移兩種，實際過程中結(jié)合天氣預(yù)報以及上游來水不斷完善。

2.3.2 浩口壩址預(yù)報方案

浩口壩址流量采用河系預(yù)報結(jié)合流域預(yù)報為主。

(1)采用五家院子和魚塘出庫流量通過時變線性匯流模型演算至浩口壩址，同時疊加區(qū)間降雨徑流預(yù)報流量。

Qt+τ=f(Q五家院子t，Q魚塘t，P區(qū)t)

式中：Q——預(yù)報流量；

f——預(yù)報函數(shù)；

t——時間；

τ——相應(yīng)的預(yù)見期；

P——區(qū)間降雨。下標漢字為相應(yīng)的斷面名稱。

(2)采用魚塘實測出庫流量和五家院子流量經(jīng)河系預(yù)報或線性演算至角木塘壩址，同時疊加區(qū)間降雨徑流預(yù)報流量，得出角木塘預(yù)報流量，然后采用預(yù)報流量通過河道演算并疊加區(qū)間降雨徑流預(yù)報流量得出。

Qt+τ=f(Q角木塘t，P區(qū)t)

式中：Q——預(yù)報流量；

f——預(yù)報函數(shù)；

t——時間；

τ——相應(yīng)的預(yù)見期；

P——區(qū)間降雨。下標漢字為相應(yīng)的斷面名稱。

枯期預(yù)報區(qū)間采用退水曲線法，上游仍然關(guān)注魚塘電站的發(fā)電計劃和出庫水文站的實時數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用效果

芙蓉江流域浩口、角木塘水電站水情測報系統(tǒng)共設(shè)立了1個中心站，10個遙測站，其中水文站2個，水位站1個，水位雨量站2個，雨量站5個。2016年3月，增設(shè)魚塘出庫水位站1座。施工期間，浩口導(dǎo)流洞水位站于2016年3月12日05時06分損壞，于4月25日由導(dǎo)流洞進水口撤至導(dǎo)流洞壩體測量高水位，中心站設(shè)備、各遙測站設(shè)備運行良好，均無故障記錄。

2015年遙測站布設(shè)運行以來，所有水情信息均為自動采集，自動傳輸，自動生成報文，專業(yè)人員復(fù)核發(fā)送，保障了報汛的時效性和準確性，共向施工各部門負責人發(fā)報365×4×(發(fā)送人數(shù)52人)份。正常水情時，每日02∶00、08∶00、14∶00、20∶00時發(fā)送當前水情信息，出現(xiàn)異常水情時，均第一時間向相關(guān)負責人匯報水情信息，報訊時效性達100%，內(nèi)容準確率達95%以上。

值班人員在每次水情信息報送后都建立審核制度，形成文檔。所有水情信息都建立了數(shù)據(jù)庫儲存，數(shù)據(jù)庫中包括了實時水情數(shù)據(jù)庫和歷史水情數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)采用標準實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符標準。水情數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)錄入每次都執(zhí)行初校、復(fù)校等制度，所有水情信息均永久保存，并實行異地存放。

項目施工期間，值班人員嚴格執(zhí)行防汛紀律，掌握崗位相關(guān)技術(shù)規(guī)定和要求，熟悉水文預(yù)報理論與方法，堅持24h值班制。采用短信傳送方式第一時間將水情變化信息匯報給項目負責領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)生較大水情時，及時地以電話方式匯報，為施工部門防汛提供了科學(xué)依據(jù)，有效地保護了人身財產(chǎn)安全，減輕了洪水災(zāi)害損失。