史雯雨，杨忠瑞，袁素琴，朱李英，卫仁娟

(四川水利职业技术学院，四川 崇州，611231)

1 双合电厂简介

双合电厂[1]属于江安河灌溉渠道上的借水还水电站，属引水式电站，是江安河干流梯级水电开发的第四级电站，电厂年利用小时数5167h，总装机容量3×1000kW，年发电量约1550万kW·h。目前是集水力发电、教学科研、实习实训、师资培养为一体的生产性实训基地。

2 系统建设内容

双合电厂水文自动化测报系统[2]设计的内容主要包括：

(1)江安河分水闸数据接收系统；

(2)建立双合电厂小型气象站，观测降水、蒸发、风速、气温等气象要素数据；

(3)建立双合电厂取水口、渠道、压力前池及尾水渠处水位与流量数据实时监测系统；

(4)建立下泄生态流量监测系统；

(5)建立数据处理及输出系统。

2.1 江安河分水闸数据接收系统

双合电厂来水主要受上游江安河分水闸下泄流量控制，为及时掌握入库水量，将江安河分水闸实时下泄流量数据接入双合电厂水文自动化测报系统；利用GPRS无线收发模块[3]，实时接收上游江安河分水闸下泄流量数据。

2.2 气象监测系统

气象监测系统可全天候对各个气象要素(包括降水、蒸发、风速、风向、气温、气压、相对湿度、太阳辐射等)数据进行现场实时监测，利用GPRS无线平台将监测数据传送至系统控制中心，工作人员通过数据接收平台，可随时随地监测并掌握气象数据。

气象监测系统现场通信设备采用气象监测设备(GPRS RTU)DATA-6311或DATA-6123 GPRS/CDMA数据传输模块。

2.3 水位与流量实时监测系统

为了实现双合电厂无人值班模式的安全、经济运行，拟在库区、取水口、渠道、前池及尾水等处，分别安装水位自动测报系统或水位流量自动测报系统[4]。双合电厂水文实时监测管理系统平面布置见图1。

2.3.1 水位监测系统

(1)电站库区水位监测系统

首部枢纽的闸坝轴线在江安河进水口以下7.1km处。首部枢纽由高2.5m长25m的滚水坝、3孔6m×4m(宽×高)的泄洪冲沙闸及3孔5m×4m(宽×高)的进水闸组成。滚水坝顶高取闸前正常挡水位683.5m。进水闸布置在左岸一级阶地上。在双合电厂库区安装水位监测系统实时掌握库区水位。将该断面水位流量关系曲线输入系统内，然后利用安装水位监测系统断面的水位流量关系曲线实时掌握入库流量。库区断面(见图2)的水位流量关系曲线(见图3)利用曼宁公式计算，即：

式中：R——水力半径，m；

A——过水断面面积，m2；

j——水面比降，库区断面河道纵比降取10‰；

n——糙率，取0.035～0.04；

Q——过水断面流量，单位m3/s；

(2)坝前水库泄洪监测预警系统

在双合电厂坝前安装水位监测系统实时掌握坝前水位，并通过坝前水位高程对泄洪闸进行控制。库泄洪监测预警系统是水库单位泄洪(或放水)的监控管理平台，监控中心借助该系统可实时远程监测水库泄洪口的水位、雨量、现场图像等信息，当发生突发性泄洪或调节性放水时，下游预警设备及时发布预警，避免因泄洪或放水导致的人民生命财产损失。

(3)拦污栅水位监测系统

拟在拦污栅上游和下游分别设置水位监测系统，其目的是为通过拦污栅前后的水位差判断拦污栅孔的堵塞率，当达到一定堵塞率时，拦污栅的清淤装置自动为拦污栅进行清淤，实现拦污栅自动清淤功能。

(4)渠道始端水位监测系统

渠道位于拦污栅下游处，渠道起始端即为拦污栅下游，即拦污栅下游处的水位监测系统同为渠道始端(入口处)的水位监测系统。

(5)渠道末端(前池进口)水位监测系统

在渠道末端即前池进口处布设水位监测系统，实时观测渠道末端的水位值。

(6)前池水位监测系统

拟在前池进口及出口处分别布设水位监测系统，前池进口即为渠道末端断面，利用前池出口处水位(即水电站上游水头)及电站下游尾水闸水位(即水电站下游水头)，扣除水电站水头损失0.5m，即可计算出水电站的发电水头。

(7)尾水闸水位监测系统

拟在尾水闸下游处安装水位监测系统，通过监测下游尾水闸水位及前池出口处水位，扣除水电站水头损失0.5m，即可计算水电站的发电水头，h发电=h前池出口-h尾水闸-△h。

2.3.2 水位流量监测系统

自取水枢纽进水闸后至压力前池有引水渠道997m，全为填方渠道。渠道背水面为干砌30cm～50cm卵石填心，渠道迎水面为浆砌卵石30cm～50cm厚水泥砂浆抹面，渠底宽7m，每隔10m设置沉降缝一道，内嵌852橡胶止水。渠道断面为梯形，渠道边坡为1∶1，水深2.5m，渠顶超高1.00m，渠道纵比降10‰。

(1)渠道中部水位、流量监测系统

拟在渠道中部断面布设水位、流量实时监测系统，渠道中部断面监测流量值即为水电站发电引用流量，并用引水渠道中部断面(见图4)所测水位值及水位流量关系曲线(见图5)，利用曼宁公式重新校核过水断面流量，其中n取0.030，河道纵比降J=10‰。

图4 渠道中部断面

图5 渠道中部断面水位流量关系曲线

(2)尾水渠水位、流量监测系统

拟在尾水渠(尾水闸下游约100m处)安装水位、流量实时监测系统，尾水渠下泄流量为水电站发电实际流量。并利用曼宁公式对过水断面流量进行校核。

2.4 下泄生态流量监测系统

为了保证下泄的生态流量满足要求，目前双合电厂已经采取了相应的措施，在上游来水量满足要求的前提下，双合电厂能够保证生态流量的足额下泄，取水口也已设置足够的视频监视点。

拟在闸门处安装在线流量监测装置，闸门处安装闸门开度变送器。监测站自动采集的信息通过传感器传输到固态存储器，并根据监测信息时间要求，及时上报，随时加报；流量监测装置接收液位传感器计的水量信息，通过无线数据传输终端，把监测数据随时传输到数据处理中心，并可接受检测人员的随时查询和监测。

2.5 数据处理及输出系统

水文自动测报系统的核心部分是数据处理及输出系统[5]，水文自动测报系统核心功能主要包括以下几个方面。

(1)水文自动测报系统的实时管理。将系统的软件部分设计模块化，方便电厂工作人员的日常使用和检查维护。

(2)水文自动测报系统的实时监视。利用成图监视，将系统监视的信息内容以图形的形式表现出来，更加形象直观，方便电厂工作人员日常监测。

(3)监测数据接收、处理。系统通过实时接收上游江安河下泄流量数据、气象监测数据、水位流量数据、下泄生态流量数据等，通过对数据进行处理分析，按预先设计的指令对电厂机组运行及闸门开度进行控制，实现电厂无人值班的运行模式[6]。

(4)水文自动测报系统的数据查阅及浏览[7]。电厂工作人员可随时查阅系统监测的历史数据，可查内容包括降雨量、气温等气象数据及各断面水位、流量等水文要素数据。

(5)图表自动生成。可以直接生成各水情数据包括不同时段(日、月、年)的报表，降雨过程线、水位流量过程线等各种数据表格，且连接打印机后即可直接打印。

(6)水务管理与计算。

(7)网络功能。

(8)安全分区功能。系统所有数据全在Ⅱ区接收、处理、存储，Ⅱ区自动同步到Ⅲ区，即在Ⅱ区修改的任何数据、画面可以自动同步到Ⅲ区即刻应用。所有外网(包括VPN访问)的访问，只通过Ⅲ区访问。数据传输符合安全规范。

(9)数据管理及数据库维护功能。

3 结论

双合电厂的水文自动化测报系统投入运行使用后，有权限的电厂工作人员可以随时上网查询水文数据功能，并能够实时接收上游江安河进水闸流量数据；系统定时将相关数据发送到管理人员手机，管理人员也可通过手机不定时访问浏览系统相关数据；管理人员在终端设备上通过VPN实现远程登录系统访问，电站工作人员足不出户即可掌握电站运行状况，真正实现电站无人值班运行模式。