基于大伙房水库水文自动测报系统更新改造

李庆荣，孙志勇，孙 雷

(辽宁省大伙房水库管理局，辽宁抚顺113007)

大伙房水库位于辽河支流浑河中上游，坐落在辽宁省抚顺市境内，水库控制流域面积5 437 km2，水库总库容22.68亿m3，是浑河干流上的控制性骨干工程，坝址距抚顺市18 km，距沈阳市68 km。水库担负着沈阳、抚顺两市的防洪安全，以及两市工业、城市用水和下游8.6万hm2农田灌溉等任务，是一座防洪、供水、灌溉、发电、养鱼等综合利用的大型水利枢纽工程。工程于1954年4月开工，1958年9月竣工。

1 水库水文测报自动化系统概述

大伙房水库水文自动测报系统第一批产品是由辽宁省大伙房水库管理局与中科院沈阳自动化研究所于1986年共同研制，1988年开始投入实际运行的，是我国较早建成应用的水文自动测报系统之一。水文测报自动化系统的建立，使大伙房水库预报调度规划得以实施，水库预报调度系统是大伙房水库提高效益的非工程措施的重要组成部分，为水库发挥更大的规划效益做出了贡献。大伙房水库水文自动测报系统是辽宁省水文测报自动化系统中最早的一代产品，也是沈阳自动化所的首批产品，系统应用后发现很多问题，其后沈阳自动化研究所对系统进行了不同程度的更新改进，但是仍然无法从根本上解决所有问题，2005年大伙房水库管理局结合水库除险加固对原系统进行了彻底的改扩建，改扩建工程由南京南瑞集团公司承建，工程于2006年竣工，改造后的系统技术水平和运行质量达到了国内先进水平。

2 改造前的系统

2.1 改造前系统概述

大伙房水库于1988年建成水文自动测报系统。系统覆盖大伙房以上流域和大伙房～沈阳区间。测区内设有遥测雨量站21个，其中水库以上流域(5 437 km2)14个，大伙房～沈阳区间(2 482 km2)7个;设有遥测水文站3个，遥测水位站2个，中继站4个，中心站1个。在22个遥测雨量站中，有8站通过2级中继传输到中心站，有2站无中继传输到中心站，其它各站1级中继传输到中心站。

2.2 系统改造前运行情况

大伙房水库水文自动测报系统自投入使用以来，基本能正常运行，汛期为水库调度提供雨情、水情数据，满足了水库调度对水、雨情资料的要求，尤其是1995年水库上游发生了1000 a一遇的大洪水，在有线报讯系统全部中断运行的情况下，水情测报自动化系统稳定运行，及时准确提供雨情、水情数据，为入库洪水预报及水库洪水调度提供了唯一可靠的数据来源，从而使水库能够准确预报、科学调度，战胜了这次大洪水。

2.3 系统改造前设备老化及损坏情况

大伙房水库水文自动测报系统经过10几年的运行，系统设备出现了不同程度的老化和损坏，系统的维修量越来越大，每年汛期运行3个月，平均外出维修次数达30次。设备的主要问题包括:水位筒设备老化，致使稳水效果不佳;雨量站由于长期在野外风吹雨淋，致使部分雨量筒腐蚀严重;集雨漏斗、翻斗等部件发生严重损坏;中继站遭雷击使蓄电池、电台部分损坏;系统设备的老化及损坏加大了管理人员的维修量，也使系统的稳定性、准确率明显降低。

2.4 改造前系统在运行管理中存在的问题

大伙房水库水文自动测报系统建设较早，投入运行时间较长，系统老化，系统误差较大，例如，“95.7”洪水自动测报雨量较人工值偏大8%，“01.8”洪水自动测报雨量较人工值偏大12.2%，2002年汛期几场大雨自动测报雨量较人工值平均偏大11.4%，造成这种系统误差的原因:①自动测报的雨量筒与人工站的雨量筒安放高程不一致，自动测报雨量筒一般位置较高;②系统老化及其带来的一系列问题，其中主要问题如下:遥测雨量站密度不够;部分测站及中继站信道不好;缺少入库水文站和水库总出库站等。此外还存在设备工艺差，稳定性低，抗干扰能力弱，中继站防雷、防盗措施跟不上等问题。

3 改造后的系统

针对原系统存在的问题，2005年大伙房水库对水文测报自动化系统进行了彻底的改造，采用招投标的方式，由南京南瑞集团公司承担完成大伙房水库水文测报自动化系统改造，对系统测区内进行了加密降雨测站和增加辅助信道，极大地提高了测报系统的安全性和可靠性。

3.1 改造后系统概述

改造后的大伙房水库水文自动测报系统(以下简称新系统)由34个遥测站、5个中继站和1个大伙房水库调度中心站构成。

测报系统的通信以大伙房水库为中心，设西镰刀湾(448.0 m)，三块石山顶(1 073.8 m)，烟筒山(814.6 m)、北大岭(555.9 m)、西大顶(745.9 m)5个中继站，遥测站含25个雨量站、6个水文站和3个水位站。新系统测站情况见表1，新系统测站分布见图1

表1 大伙房水库水文自动测报系统测站汇总表

图1 大伙房水库水文自动测报站分布

3.2 新系统组网方式

本系统遥测通信网信道为VHF/GSM/卫星3种通讯方式的混合信道组网方案。根据各遥测站现场环境，综合考虑VHF、GSM、卫星信道3种通信方式的特点，进行数据传输。

系统采用230 MHz频段(水文专用频段)的超短波为主通信信道，公网GSM短信为辅助信道，2005年时其中4处(于家堡、树基沟、南章党、占贝)卫星信道为辅信道，1处(熬牛)单卫星信道。2006年修改为4处(四道河、树基沟、南章党、占贝)卫星信道为辅信道，熬牛站为GSM主信道，卫星信道为辅信道双信道方式。将小寨雨量站的传输路径改为小寨－三块石中继站－水库中心站。新系统组网见图2。

图2 大伙房水库水文自动测报系统改造后通信组网图

3.3 新系统运行情况

新系统2005年开始建设，2006年正式投入运行，经过2006年、2007年两个汛期的运行，整个系统运行稳定，维修量少。2006年汛期共发生4场较大降雨，系统畅通率达到99%，自动化与人工观测雨量总平均误差1.41%，总体精度达到98%。2007年系统畅通率达到99.8%，自动化与人工观测雨量总平均误差3%，总体精度达到97%，能够满足水库预报调度的要求。

3.4 新系统的技术特点及技术创新

目前的大伙房水库水文遥测系统具有以下特点和创新之处:

1)在组网方式上，采用VHF单频组网、VHF与GSM/北斗卫星混合组网及双备份组网相结合的集中组合方式，体现了经济性、安全性及先进性的有机统一，符合国内外通信组网技术的发展趋势。

2)在通信技术应用方面，采用信号加密和数字编码识别技术，并设计成中心站接收后确认方式，显著提高了系统的抗干扰能力，在通信频段内降低了对背景噪声的要求和接收设备的门限电平，此项技术在国内水文遥测系统的通信中处于领先水平。

3)在抗雷击技术应用方面，采用法拉第等电位原理设计的等电位屏蔽筒(法拉第筒)，通过实际应用，此项技术较传统技术大大提高了测站抗雷击能力，法拉第筒抗雷击技术所具有的成本低、安全可靠的优点居国内外领先水平。

4)在数据远程召测方面，系统设计了中心站对测站设备参数的远程召测功能，在数据补测方面，利用备用信道设计了补取数据功能，可以由中心站发出指令，要求哪一个测站向中心站即时发回数据，中心站根据时标，要求测站发回哪一时段的数据，也可以是整个汛期的数据，远程召测和补取数据技术解决了水文遥测系统工程中因漏测数据而影响后续的洪水预报作业和制定调度方案问题，提高了系统的可靠性和安全性。

3.5 新系统在运行中存在的主要问题

通过两个汛期的运行，发现系统还存在以下问题:

1)个别站点超短波(VHF)信道还是不太畅通，经常启用备用信道，由于目前公网GSM信道和北斗卫星信道比较可靠，所以不会造成测站信号的丢失。

2)个别雨量测站来大数问题，目前还没有解决。

3)中心站屡次出现死机现象，这可能与应用软件系统、计算机系统、网络系统的配置有关，目前还未彻底解决。

4 结语

随着科技水平不断的发展，水文自动测报系统在水库管理中的作用越来越突出，它可以使水库调度人员及决策部门在第一时间内掌握水雨情，在防洪减灾及提高水库效益方面发挥重要作用。我国自1978年开始进行水文自动测报系统建设的试点工作，到20世纪80年代末的10余年间，全国共建成各类系统约50个，而到1999年4月，全国已建和在建的水文自动测报系统达482处，但20世纪90年代中期以前修建的水文自动测报系统受当时技术条件和工艺水平的影响，现在急需更新改造，希望大伙房水库水文自动测报系统的更新改造的经验能给其他系统的改造提供借鉴，以使水文自动测报系统在水库管理中发挥更大的作用。

［1］ 水情自动测报系统技术规范 SL61－2003［S］.水利部行业标准.

［2］ 孙增义.水情自动测报技术基础及其应用［J］.北京:中国水利水电出版社，1999.