崔 鵬，楊永建，宋偉華，居志剛

(1.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003；2.中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

1 流域及工程概況

孔庫雷河流域位于幾內(nèi)亞西南部，河流發(fā)源于富塔賈隆高原，河源高程約970 m，由東北向西南依次流經(jīng)馬木區(qū)和金迪亞區(qū)，在首都科納克里北部注入大西洋，主河道總長約328 km，流域面積約16 800 km2。

孔庫雷河流域年降雨量在1 600～2 500 mm之間，自上游向下游遞增。降雨量年際變化較小，年內(nèi)分配不均勻。流域內(nèi)徑流模數(shù)從上游至下游遞增，Telimele站年平均徑流量約96億m3，徑流系數(shù)0.48。徑流量年際變化不大，最大最小比值為2.9，變差系數(shù)為0.26。徑流的年內(nèi)分配不均勻，雨季、旱季相差懸殊，7月至11月徑流量占全年徑流總量的90%。

蘇阿皮蒂(Souapiti)水電站位于孔庫雷河中游，集水面積10 800 km2，正常蓄水位相應(yīng)庫容63億m3，多年平均徑流量103.4億m3，電站裝機450 MW，多年平均發(fā)電量20.16億kW·h，是干流規(guī)劃4個梯級電站中的第二座。上游已建的格拉菲里(Garifiri)水電站，集水面積2 480 km2，多年平均徑流量22.06億m3，興利庫容13.5億m3，裝機75 MW，屬多年調(diào)節(jié)水庫。下游已建的凱樂塔(Kaleta)水電站距蘇阿皮蒂水電站6 km，集水面積11 380 km2，總庫容2 300萬m3，多年平均流量109.5億m3，裝機容量235 MW。第四級Amaria水電站目前仍處于規(guī)劃階段尚未實施。

2 電站水情水調(diào)自動化系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容

2.1 站網(wǎng)布設(shè)原則

水情自動測報系統(tǒng)需能為電站施工期防汛、運行期優(yōu)化調(diào)度提供快捷的雨情、水情信息和預(yù)報成果。站網(wǎng)布設(shè)應(yīng)考慮以下原則：

1)能反映測報系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)雨情和水情的變化，能基本控制區(qū)域的降雨分布和下墊面不均勻性對降雨徑流的影響；

2)能夠滿足蘇阿皮蒂水庫洪水、徑流預(yù)報和水庫調(diào)度的需要；

3)有移動通訊服務(wù)，便于通信組網(wǎng)；

4)盡可能靠近居民點，交通方便，便于測報系統(tǒng)建設(shè)、運行和維護(hù)管理；

5)站網(wǎng)布設(shè)應(yīng)符合《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[1]及《水文情報預(yù)報規(guī)范》[2]等有關(guān)規(guī)范。

2.2 站點布設(shè)

站點布設(shè)范圍為Garifiri水電站下游至凱樂塔水電站區(qū)間的干支流流域。在分析該區(qū)域內(nèi)的自然地理、地形地貌及降雨分布和洪水演進(jìn)特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工期洪水預(yù)警、自動測報系統(tǒng)的要求，確定蘇阿皮蒂水電站水情水調(diào)自動化系統(tǒng)的遙測站點。

2.2.1 水文站點

1)Garifiri出庫水文站：上游已建的Garifiri水庫未建設(shè)水情自動測報系統(tǒng)，下游無出庫站，電站出庫信息暫無法收集。規(guī)劃設(shè)立Garifiri出庫站，觀測要素為水位、流量、降雨量。

2)Kondombofou水文站：位于支流Kakrima河上，控制面積5 800 km2，觀測要素為水位、流量、降雨量。

3)凱樂塔水文站：位于下游凱樂塔水電站發(fā)電廠房下游200 m處。觀測凱樂塔水電站出庫流量，可根據(jù)凱樂塔水庫水位變化推求蘇阿皮蒂出庫流量。

2.2.2 水位站點

1)凱樂塔水位站(壩上)。設(shè)立在凱樂塔水庫壩頂靠上游側(cè)，監(jiān)測壩前水位。

2)蘇阿皮蒂水位站(壩上)。設(shè)立在蘇阿皮蒂水庫壩頂靠上游側(cè)，監(jiān)測壩前水位。

3)Telimele臨時水位站。在N24公路跨越孔庫雷河橋址位置新建Telimele臨時自動遙測水位站，可通過歷史觀測的水位流量關(guān)系成果，根據(jù)遙測水位推算流量。

4)蘇阿皮蒂臨時水位站。設(shè)立于蘇阿皮蒂壩址上游圍堰位置。作為電站施工期防汛預(yù)警的預(yù)報站，電站建成后作為尾水站。

在孔庫雷河流域格拉菲里(Garifiri)～蘇阿皮蒂(Souapiti)區(qū)間設(shè)立15個雨量站，其中在Kacrima河上設(shè)立10個遙測雨量站，對Kondombofou水文站洪水過程進(jìn)行預(yù)報，Garifiri+ Kondombofou ～蘇阿皮蒂區(qū)間5個遙測雨量站(含蘇阿皮蒂、凱樂塔站)，結(jié)合Garifiri調(diào)度計劃，對蘇阿皮蒂水庫入庫流量進(jìn)行預(yù)報。

本系統(tǒng)所涉及的Garifiri ～蘇阿皮蒂區(qū)間設(shè)計遙測雨量站15處，其中純雨量站11處，水文站兼有遙測雨量功能的水文站有2處，水位站兼有遙測雨量功能的水位站2處。

2.2.3 中心站設(shè)在凱樂塔電站內(nèi)

綜上所述， 蘇阿皮蒂水庫水情自動測報系統(tǒng)遙測站網(wǎng)共布設(shè)水文站3處，水位站4處，雨量站15處，中心站1處，各站報汛項目詳見表1。站網(wǎng)布設(shè)圖見圖1。

表1 孔庫雷河流域Garifiri～凱樂塔區(qū)間站網(wǎng)情況表

2.3 站網(wǎng)論證

針對Konkoure流域內(nèi)降雨特點，需要布設(shè)一定密度的雨量站網(wǎng)才能控制降雨的空間分布。系統(tǒng)設(shè)計中以均勻分布為總體原則，充分考慮了系統(tǒng)覆蓋范圍的Garifiri～凱樂塔區(qū)間的流域自然地理和地形地貌特點、水系分布及走向和暴雨變化規(guī)律，共布設(shè)遙測雨量站點共計15處(含具有遙測雨量功能的遙測水文站和遙測水位站)，Garifiri～凱樂塔區(qū)間流域面積為8 900 km2，平均每站控制面積為590 km2，按照泰森多邊形法對本區(qū)間進(jìn)行分割，各雨量站控制面積最大為791 km2，最小為253 km2，大部分站點控制面積在450～750 km2之間，站網(wǎng)密度基本可控制區(qū)域降雨的空間分布。在缺乏降雨資料的西非地區(qū)，本系統(tǒng)雨量站網(wǎng)對摸清熱帶季風(fēng)氣候區(qū)降雨時空分布起到非常重要的作用。

圖1 蘇阿皮蒂水庫水情自動測報系統(tǒng)站網(wǎng)布設(shè)圖

2.4 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)由18個遙測站(包含2個臨時站)和1個中心站組成。遙測站主要完成雨量、水位、流量等數(shù)據(jù)的采集，中心站負(fù)責(zé)信息接收處理、數(shù)據(jù)庫管理、為水情預(yù)報和信息服務(wù)提供軟硬件平臺。遙測站與中心站之間通過GSM、北斗衛(wèi)星等通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

幾內(nèi)亞國內(nèi)環(huán)境條件較為惡劣，交通不便，遙測站維護(hù)成本較高，因此，選擇較為簡單、輕便的系統(tǒng)，有利于降低故障率，且便于人員維修更換。系統(tǒng)工作體制采用自報式工作體制，主要由GSM完成?？紤]到北斗衛(wèi)星即將覆蓋非洲地區(qū)，擬將北斗通信系統(tǒng)作為備用信道，待條件成熟后將北斗系統(tǒng)作為主信道。

系統(tǒng)布設(shè)遙測水文站3處，分別為Garifiri出庫站、Kondombofou水文站、凱樂塔水文站。水文站斷面為石質(zhì)斷面，水位流量關(guān)系穩(wěn)定，因此，前期采用走航式ADCP巡測，確定水文站斷面水位流量關(guān)系，后期自動采集水位、計算機置入流量數(shù)據(jù)；遙測水位站4處，分別為凱樂塔壩上水位站、蘇阿皮蒂壩上水位站、Telimele臨時水位站、蘇阿皮蒂臨時水位站，采集水位、雨量數(shù)據(jù)；新建遙測雨量站11處，自動采集雨量數(shù)據(jù)。

各遙測站采用測、報、控一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括遙測傳感器(雨量計、水位計等)、數(shù)據(jù)采集終端、人工置數(shù)終端、通信設(shè)備、太陽能電源、蓄電池等。遙測水文站數(shù)據(jù)采集終端接收測站水位、雨量后，通過GSM或北斗衛(wèi)星通信終端向中心站傳輸。

遙測水文站、水位站均配置雷達(dá)式水位計1套，雨量計1套，數(shù)據(jù)采集終端1套。水位數(shù)據(jù)通過GSM和北斗衛(wèi)星信道傳輸至中心站。11個雨量站各配置翻斗雨量計1套、數(shù)據(jù)采集終端1套、配置GSM通信設(shè)備。各遙測站均采用太陽能電池板+蓄電池的供電方式。

中心站的基本功能為自動接收水情信息，主要由計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、信息接收與處理、洪水預(yù)警、徑流預(yù)報及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等部分組成，具有遙測信息接收與處理、資料編輯、整理與入庫、數(shù)據(jù)庫管理、報警功能、遙測網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及報表、信息查詢、實時洪水預(yù)警作業(yè)等功能。

2.5 水文預(yù)報方案配置

編制預(yù)報方案時遵循以下原則：①施工期水情預(yù)警方案應(yīng)符合蘇阿皮蒂以上流域的水文特性，方案的預(yù)見期應(yīng)滿足水庫施工防汛的需求；②考慮到水庫調(diào)度及洪水資源化管理需要，依靠雨量站點，建立分布式水文模型進(jìn)行入庫洪水預(yù)報。

Telimele水位站至壩址36km，Garifiri站至壩址104km，Kondombofou站距離壩址68km。通過對歷年洪水資料的分析，Telimele～蘇阿皮蒂壩址上游圍堰處洪水傳播時間(約1 h)，Garifiri、Kondombofou到Telimele的洪水傳播時間(約2～3h)，根據(jù)Garifiri、Kondombofou、Telimele實測水位、流量，對蘇阿皮蒂壩址流量進(jìn)行預(yù)警。

工程建成后，為Garifiri～蘇阿皮蒂區(qū)間編制以河系預(yù)報為主的方案：①將Garifiri水庫出庫流量演算至蘇阿皮蒂入庫；②編制Kakrima河降雨徑流及流域匯流預(yù)報方案，預(yù)報結(jié)果分別演算至Kondombofou站(蘇阿皮蒂入庫)；③編制Garifiri站、Kondombofou站——蘇阿皮蒂區(qū)間降雨徑流及流域匯流預(yù)報方案，預(yù)報結(jié)果與①和②合成后演算至蘇阿皮蒂；④將①、②、③組合后得到蘇阿皮蒂水庫入庫洪水，預(yù)見期為5 h左右。

降雨徑流、流域匯流的計算選用成熟的新安江模型。

枯水期徑流預(yù)報擬采用退水曲線法，選取有代表性的退水資料，采用退水方程或相鄰時段流量關(guān)系圖法求得流域的退水曲線。

1)退水方程。

Qt=Q0e-αt

式中，α為退水系數(shù)，可選取有代表性的退水資料，綜合率定。

2)相鄰時段流量關(guān)系圖。取若干次峰后無降雨的洪水退水過程的前后時段流量點繪在圖上(時段長一致)，把各次退水過程的相關(guān)點分別連成一條曲線，最后綜合選取一條平均退水曲線。

3 結(jié) 語

蘇阿皮蒂水電站水情水調(diào)自動化系統(tǒng)，在水庫建設(shè)期間可提供所需要的實時降雨、徑流、水位等水文信息，對施工期河道洪水進(jìn)行預(yù)警，保證水庫建設(shè)施工期的安全。水庫運行期，水情自動測報系統(tǒng)實時收集水文信息及水情預(yù)報結(jié)果，為水庫合理調(diào)度及運用管理提供決策依據(jù)，調(diào)節(jié)和利用孔庫雷河水能資源，減少電站棄水。

以純中國標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范建設(shè)的幾內(nèi)亞乃至西非首個水情水調(diào)自動化系統(tǒng)，推動了水文測驗設(shè)施、信息采集傳輸、水文預(yù)報的現(xiàn)代化建設(shè)，及時準(zhǔn)確地提供水文預(yù)報，滿足了蘇阿皮蒂電站建設(shè)和運用管理及防洪和水量調(diào)度的需要，實現(xiàn)了快速采集信息、提高了科學(xué)決策能力，同時實現(xiàn)了孔庫雷河梯級水電調(diào)度管理工作的正規(guī)化和規(guī)范化，在“一帶一路”戰(zhàn)略的指引下，不僅僅為非洲援助建設(shè)了高質(zhì)量水電工程，同時將我國科學(xué)有效的水庫管理、調(diào)度經(jīng)驗帶到非洲。