刘振界 寇立屹 陶孝谋 杜鹏程

1 流域概况

大兴水利枢纽坝址位于贵州省铜仁市松桃苗族自治县境内的大梁河上，在已废弃的老河界营水电站坝址附近，地理坐标东经109°13′3″、北纬27°55′20″。自上游至下游共比选了“上坝址上坝线”、“上坝址下坝线”和“下坝址”3个方案。3处坝址（线）相距在800 m之内，上坝址上坝线距上坝址下坝线约400 m，上坝址下坝线距下坝址约400 m；3处坝址集水面积相差约1 km2。推荐的“上坝址下坝线”方案流域面积345 km2，主河道47.1 km，河道平均比降7.8‰，坝址处天然河道比降为5‰～6‰。

2 水雨情测报系统工作原理

水雨情自动监测系统的数据采集器和通讯器采用一体化设计，使得在运行中可以更稳定；采用模块化的操作系统，更容易应用。可在标准温度之上进行工作，支持远程、键盘、串口3种配置方式，前置通讯机可实现自动参数配置、历史信息查询，远程控制等功能。

3 水情测报系统在大兴水利枢纽工程中的运用

3.1 水情自动测报系统建设

根据大兴水利枢纽工程上游流域面积，共设置6个遥测站，1个中心站网络（设置在项目管理营地监控室）。

3.1.1 遥测站建设

系统共建设6个遥测站。其中包括：4个遥测雨量站，分别为新寨、团寨、盘信、长坪；1个遥测水位站为大兴枢纽坝下；1个遥测水文站大兴枢纽坝上。建设内容包括遥测站设备采购、集成、安装、调试。

遥测站由遥测传感器（雨量计）、通信设备（GSM模块）、水文遥测仪（数据采集控制器）、太阳能光板、蓄电池组等组成，结构图如图1所示。

图1 遥测站结构示意图

雨量采集为实时采集。当发生降雨，雨量传感器产生触发事件时，数据采集器实时记录雨量累计值。

水位数据采集器控制水位传感器按着一定的采样周期采集水位变化，并进行处理和存贮。

实时采集，数据控制器控制水位传感器间隔5 min采集水位变化，并进行处理和存贮，连续存储时间大于1年。

各种数据测量精度见表1。

表1 遥测站精度表 mm

3.1.2 雨量站

阀值实时报数：当雨量增量大于设置的阀值ΔR时，数据采集控制器启动报数。

增量记忆报数（雨量数据）：当雨量增量值大于零并且小于设置的阀值ΔR时，数据采集控制器暂时将数据记忆，当与上次雨量报数时间间隔4 min后，启动报数。

定时报数：雨量遥测站每天以设定时间自动启动报数。

3.1.3 水位站

阀值实时报数：当水位增量大于设置的阀值ΔH时，数据采集控制器启动报数。

定时定点报数：水位定时报通过水位站序号和水位站的报数时间间隔进行排序后，以每天8：00为基准时间，达到自动报数定时时间间隔后自动启动报数。这样可以使水位遥测站发送数据的时间相互错开，有效地解决了信道拥挤、数据碰撞现象的产生，同时也保证了水位数据的实时性。

3.2 中心站网络建设

中心站网络是一个高速以太网支持的局域网络，采用TCP/IP协议，遵循IEEE802.3标准，传输介质为双绞线，建设内容包括：计算机网络设备购买安装调试、网络布线、网络搭建、网络配置管理，并负责与其它系统相连安装调试。

中心站计算机网络结构参见图2。

图2 中心站网络拓扑结构示意图

中心站计算机网络设备配置清单详见表2。

表2 中心站计算机网路设备清单

3.3 中心站软件系统

中心站软件系统设计选择客户机/服务器（C/S）体系结构。总体逻辑结构框架可分以为3个层次：人机交互层、系统应用层和系统支撑层。人机交互层是系统与值班人员和系统管理员进行交互会话；系统应用层完成所有功能模块分析处理；系统支撑层主要是对各种水雨工情数据、模型、方法、知识、图形、空间信息等进行数据管理。中心站软件为工作人员提供统一的应用平台，功能齐全，具有美观、灵活人机交互界面。

3.3.1 数据采集处理

数据采集处理是所有子系统运行的基础，主要功能包括：实时接收遥测站的雨情、水情、电源报警、设备故障等各种数据信息；自动检查数据帧格式，对数据进行检查、纠错以及合理性判断；经处理后将各种信息数据存入数据库，供其它模块功能调用。

3.3.2 系统报警

实时监视整个系统安全运行状态，出现问题并可通过报警方式通知值班人员进行维护，监视功能由监视进程或监视界面完成，报警功能由报警服务端、报警客户端、数值报警定义表、网络报警定义表、报警事件记录表、报警输出定义表，报警类型定义表组成。监视进程或界面监视实时数据，如果实时数据超过报警定义表或配置文件中所设定的报警站点阀值，则报警服务端产生报警事件，并通知报警客户端根据报警输出定义表和报警类型定义表以屏幕显示，或以语音、信息提示等方式输出报警事件。它包括以下功能：遥测站运行状态监视；计算机网络设备状态；分布式节点中关键进程及功能模块工作状态；流域雨水情信息监视；遥测站状态报警；数值越限和恢复正常报警；网络通道中断和恢复正常报警；关键进程启动和停止报警。

3.3.3 数据查询与检索

数据查询与检索为运行人员提供各类数据的查询统计，表现为图形、表格等方式，图形具有放大缩小功能，并可输出打印。具体功能包括：

（1）综合水情分布图，可查询所有遥测站点水雨情信息、站点基本信息（站址、设备、通信方式、功能、看护人员资料等）、站点分布情况、运行状态等。

（2）水位流量过程线，任意时段单站实测水位表、单站逐日平均水位表、任意起止时间内各时段水位过程线的显示等。

（3）雨量柱状图，任意时段单站实测降水量表、单站逐日降雨量表、单站任意起止时间内各时段雨量的统计、多站任意起止时间内各时段雨量极值与平均值的统计、单站雨量直方图显示等。

（4）雨洪对应图，任意时段单个测站或多个测站降雨量、流量、水位过程显示，并可进行分析统计。

3.3.4 洪水预报与洪水调度

洪水预报功能主要包括：数据预处理、实时洪水预报、模型库及参数管理、预报方案管理、场次洪水管理、参数率定等。并按照合同要求采用两种预报模型，分别为：新安江模型、水箱模型。

根据预先设置的计划，调度初始为6种调算方式，分别是：调度图调度、出力调度、库水位调度、出库流量调度、时段电量调度、日均电量调度。用户可选中的不同的调算方式，进行洪水调度。

3.3.5 数据库管理

数据库系统设计包括表结构设计、数据字典等，采用SL 323—2005《实时水情数据库表结构及标识符标准》。

数据库管理功能包括：

（1）数据录入：对所有表进行数据修改、查询、维护。

（2）数据导出导入：可将数据库中数据导出到外部文件中或将外部文件中数据导入到水情数据库中。

（3）数据库操作日志：查询、管理、统计所有对数据库操作的记录日志。

（4）实时历史分隔时间设置：设置实时、历史数据库分隔时间点。

（5）数据库备份恢复：自动或手动备份数据库，方式分为全部备份或阶段备份，可定义自动备份时间频率。

3.3.6 信息发布

信息发布功能包括web发布和短信发布。

在客户端无须任何专用软件安装的条件下，实现对本系统图形、报表及文件信息的用户浏览和数据库管理维护。支持客户端通过网络以Web方式实现系统信息、水情信息的查询和图形、报表的浏览。提供多用户的同时快速浏览。

使用短信发布功能，用户可以按照需求以任意方式进行数据组合，以短信方式发送到PMC值班工作人员或带班领导手机上，从而可以更好地做出科学的决策。

4 雨情测报系统在大兴水利枢纽工程取得成效

2017年6月24日至6月26日连续暴雨，上游洪水，水位暴涨大坝两次过水。2017年9月18日至9月19日暴雨，大坝过水。其他多次发生暴雨，但大坝未过水。

两次暴雨造成大坝上游水位超出已浇筑混凝土高程，多次从大坝顶部过水，因雨情测报系统在大坝上游流域范围内雨量站及水位站的信息提供，中心站的数据归纳、分析，提前预警，提前3～4 h预报了洪峰过流时间，给现场施工提供撤离的宝贵时间，避免了人员、财产损失，达到了洪水预报和防洪调度的目的，为大兴水利枢纽的安全运行以及提高经济效益发挥作用。