水文自动化在中小型水库安全管理中的应用

骆旭佳，王杉杉，徐卫红，张婷

（1.浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江杭州，310014；2.浙江臻善科技有限公司，浙江杭州，310015）

水文自动化在中小型水库安全管理中的应用

骆旭佳1，王杉杉2，徐卫红1，张婷1

（1.浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江杭州，310014；2.浙江臻善科技有限公司，浙江杭州，310015）

库区的安全管理工作是水利水电工程管理部门的核心工作。现在，随着水文自动化技术的普及，越来越多的管理者引入该项技术来提升库区的安全性。文章论述了水文自动化在中小型水库库区安全管理中的建设及应用情况。

水文自动化；水利水电；安全管理

0 引言

20世纪70年代，我国就已经开展水文自动化相关技术的试点研究，目前已经完全可以实现设备技术的自主研发、生产及相关技术的综合应用[1]。但是，由于各水利水电工程的实际现状，水文自动化技术并没有完全普及使用，特别是一些中小型水库，远没有完成水文自动化、信息化相关的建设。

近年来，受特殊的自然地理环境、极端天气以及经济社会活动等多种因素影响，我国局部地区洪水、泥石流、滑坡灾害频发，造成了严重的人员伤亡、财产损失、基础设施损毁及生态环境破坏。“十二五”期间，全国范围内山洪灾害的调查与防治工作得到大力开展，主要是以山区的雨量监测、预警、疏散等为主，保障影响区域内的人民生命与财产安全。山洪灾害工作涉及的区域，基本上覆盖了水利水电工程，这也为水文自动化的应用打下了一定的基础。

目前，大部分的水利水电设施管理中心将管辖范围内的安全管理作为专项工作，贯穿工程建设的整个生命周期，并延续到运营管理阶段。同时，各项技术手段也趋于成熟，自动化设备的资费趋于平民化。在管理工作中引入水文自动化技术，可以显著提高工程及周边居民的安全性。

1 水文自动化应用的目标与任务

在水利水电工程的安全管理中引入水文自动化的设备与系统，主要目标是系统地掌握各个时期、各个重点监测位置的水位、流量、流速、雨量、水质等信息（其中雨量与水位为最直接信息），合理调配水资源，充分发挥水利水电设施的蓄水、防洪、通航等功能，保障工程设施自身及库区范围内百姓的生命与财产安全[2]。

为了保证工程库区的安全，充分发挥工程的综合效益，水文自动化应用的主要任务有：

（1）实现水位数据的实时采集与上报；

（2）实现雨量数据的实时采集与上报；

（3）实现水位、雨量等数据的存储与管理；

（4）快速分析水位、雨量的整编，结合历史资料进行安全分析；

（5）结合库容曲线与洪水淹没线等资料，辅助综合决策；

（6）实现快速预警功能。

2 水文自动化的优势与创新

相比较传统的人工操作，水文自动化在中小水库的安全管理中具有以下优势：

（1）成本低：从目前仪器设备及网络的建设来说，单站点的建议投入仅为5万左右，但是可以换来多年的数据自动化采集与上报。人员方面可以做到无人值守、少人值班。

（2）安全性高：与传统的人工巡查数据采集方式相比，一方面，现场巡查人员的安全性大大提升，在恶劣天气下，仍然可以由设备完成现场数据采集，不需要派驻到现场；另一方面，现场的水位、雨量等信息准确，进一步保障了库区设施的安全。

（3）信息准确、时效性强：与传统的人工数据采集不同，自动化设备的数据更加准确。同时，自动化设备采用的是实时上传（或一定的间隔），可及时了解情况。

相比较于传统的人工操作，水文自动化在中小水库的安全管理应用中，具有以下创新：

（1）信息化管理：水文自动化不仅仅是数据采集的自动化，更多的是配套在后台的信息系统。通过引入信息化技术对数据进行有效管理，可以快速查询、统计、整编。

（2）快速、自动预警：与传统的人工巡查预警相比，水文自动化在安全管理中引入了自动预警功能，通过信息系统的设置、自动化设备的匹配、智能手机或者配套的高音系统，可以快速对管理员和影响区域的民众发出预警。

（3）辅助决策：相比早期的人工决策，水文自动化在安全管理的决策工作中，创新性地提供了自动化辅助决策功能。原有的人工决策，需要查阅原来的历史记录表来进行决策；水文自动化系统可以自动分析历史数据并自动与阈值比对，立刻给出可靠的结果，供管理人员参考，有助其最终做出正确决定。

3 自动化应用的实现

3.1 设备安装与采集

水文自动化在库区范围安全管理的应用中，最常见的是水位自动化与雨量自动化。目前已有较多单位将水位与雨量的监测做成了一站式的水文信息遥测站。各遥测站点分布于不同位置，通常无持续供电设备，因此，各站点在安装时一般配有太阳能与蓄电池协同工作的自给式电源系统，以保障设备的持续运行。

适用于自动化监测的水位计主要有浮子式传感器、振弦式压力水位计、雷达水位计等，一般根据工程实际需要选择合适的位置进行安装，通常安装在人工建筑上方或者侧方，如大坝坝体上、引水输水洞等[3]。水位监测站点一般配置有水位计、支架、数据采集器、通讯模块和电源系统。安装调试前，需要测量当前安装位置的水准高程，以便于后续的数据联算。安装完成后，水位计将按预先设置进行自动化采集。

图1 某水库出水口站房雷达水位计Fig.1 Radar level gauge at outlet of a reservoir

雨量计一般有虹吸式或者翻斗式。目前，水文自动化遥测中使用最多的是翻斗式雨量计。雨量监测站点一般配置有雨量计、支架、数据采集器、通讯模块和电源系统。雨量监测站点安装完成后，雨量监测设备将按预先设置进行自动化采集。

3.2 数据传输与管理

工程库区范围内，各类水文监测站通常是离散分布（如坝前的水位监测、支流的流量监测、山顶的降雨量监测等），而数据的存储与管理一般设在管理中心。因此，在各站点与中心之间架设线路进行数据传输的方式不可取，一般采用远程无线传输来实现，特殊情况下人工提取采集器内的数据。

图2 某水库翻斗式雨量计Fig.2 Tipping-bucket rain gauge of a reservoir

目前无线通信有以下几种模式：PSTN、超短波、卫星（海事卫星、北斗卫星）、移动数据网络。高速移动网络现已大面积覆盖大部分的水文遥测站点，综合考虑信息传输的速度、稳定性、维护、运行费用等因素，使用移动数据网络传输方案较为经济可行，不仅传输稳定，同时费用也相对较低。

图3 水文自动化系统中的数据传输与使用Fig.3 Data transmission and use in hydrological automation system

通过自动化采集与无线传输，遥测站的水位、雨量等信息可以高效、实时、稳定地接入数据管理中心服务器。通过构建相应的数据库和开发建设相应的信息化管理软件，实现数据的统一管理、访问与共享。

3.3 预警

预警功能在整个安全管理中显得尤为重要。该功能建设目标是在最短的时间内发出最可靠的信息，从而保障决策的正确、及时、有效。

库区的水文预警通常可分成两类：一类是低于正常值（如水位低于正常值），但是这一类信息往往不会对工程安全产生危害，主要是影响经济效益，一般通过邮件方式发送至相关管理人员；另一类是超过安全警戒值（如水位超过最大洪水水位、短期雨量接近或超过历史最高值），这一类信息将会严重危害工程及周边居民生命安全，一般通过手机短信即时向管理者直接发出通知。

在预警预报的实际应用中，通常采用设计、经验与预测相结合的方法，并自动调取历史资料进行分析比对，快速做出最合理的决策，将灾害程度和影响控制在最小的范围内。管理实施中，一般情况下往往自动发送信息至管理者，或自动唤醒库区的各项预警设施（如警报器等）。紧急情况下，有条件的库区将自动控制闸门的启闭，并自动发送通知（如高音喇叭等）给影响区域的民众，快速组织疏散与撤离。

4 结语

目前，已建成并投入生产使用的水文遥测站点在大型电站中较为普及，同时在管理中心大多建设有对应的管理信息系统，有利于数据的存储与管理，保证数据的安全性、准确性、实时性，确保各项预警信息不会因人为因素导致延误，改变电站防汛工作处于被动局面的工作现状[4]。甚至在有一些大型电站之间（如天生桥一、二级电站），已经实现了联合调配与数据共享，以保障整个流域区间内的安全[5-6]。从建成并投入运营的工程看，使用水文自动化的经济效益显著，安全管理工作也有了明显的提升，特别是在汛期的防洪及预报上，完全改变了传统的工作方式，在信息的准确性和及时性上有了质的飞跃。

但是，水文自动化在中小型水库库区范围安全管理工作中的应用仍不足，其普及还需要经历一个漫长的建设过程。近年来，局部区域的地震、强降雨等极端天气仍时有发生，如云南鲁甸地震形成堰塞湖，导致牛栏江水位急剧抬升，使下游百姓陷入恐慌，福建泰宁连续强降雨导致发生泥石流灾害，使地方工程与百姓遭受了巨大的损失。这些灾害的发生与中小型水库库区水文信息的获取与处理不及时存在较大的关系，水文自动化建设的需求更为迫切。随着经济的发展与安全意识的提高，相信未来中小型水库也将全面建成水文自动化，保障和落实工程及居民的安全管理。■

[1]陈新国,操文健,卞俊杰.手机短信在水文测站报汛中的应用[J].水利水电快报,2008,29(12)：15-17.

[2]林允泉.广东省潮州供水枢纽水情测报系统[J].广西水利水电,2007(4)：50-51.

[3]刘福林,许兴权.清河水库大坝自动监测、水文自动测报系统[J].黑龙江科技信息,2010(21)：303.

[4]梁志海,张庆福,孙小军,等.太平湾电站水情测报自动化系统的建设与应用[J].大坝与安全,2009(4)：27-30.

[5]杨应举.水情水调自动化系统在南盘江流域中的应用[C].2004年度全国水电厂学术年会暨全国大中型水电厂技术协作网成立大会.2004.

[6]包亚军,毛忠华.天生桥水电站水情自动测报系统[J].水电自动化与大坝监测,2005,29(4)：59-62.

作者邮箱：luo_xj@ecidi.com

2020年将建立绿色小水电标准体系

据国际电力网日前，水利部印发《关于推进绿色小水电发展的指导意见》，并提出总体目标，到2020年，建立绿色小水电标准体系和管理制度，初步形成绿色小水电发展的激励政策，创建一批绿色小水电示范电站。

到2030年，全行业形成绿色发展格局，小水电规划设计科学合理，建设管理规范有序，调度运行安全高效，综合利用水平明显提高，生态环境保护措施严格落实，绿色发展机制不断完善，河流生态系统稳定、生态系统服务功能良好，绿色小水电理念深入人心。

小水电是重要的民生水利基础设施和清洁可再生能源。党中央、国务院历来高度重视小水电工作，大力支持和推动新农村水电电气化县建设、小水电代燃料生态保护工程建设和农村水电增效扩容改造，已建成的小水电在解决无电缺电地区人口用电，促进江河治理、生态改善、环境保护、地方社会经济发展等方面做出了重要贡献。与此同时，一些地区小水电规划、设计、建设、运行和管理等还存在不少薄弱环节，以绿色发展为导向的激励与约束机制有待进一步建立。

《意见》要求，新建、改造小水电站必须遵循已批准的区域空间规划、流域综合规划、河流水能资源开发等规划。河流水能资源开发规划要以绿色发展理念为指导，开展规划水资源论证，合理布局小水电项目，与当地水资源承载能力相适应。对国家级自然保护区及其他具有特殊保护价值的地区，原则上禁止开发小水电；在部分生态脆弱地区和重要生态保护区，严格限制新建小水电；原则上限制建设以单一发电为目的的跨流域调水或长距离引水的小水电。组织开展河流水能资源开发规划回顾性评价或后评价，按照河流功能要求，调查评估小水电开发布局、开发规模、开发方式、建设运行等情况，优化调整老旧电站。

水电设计、建设应当满足河流生态环境保护要求，尽可能减少对水文情势、河流形态和生物生境等的影响。因地制宜建设水利风景区、湿地公园、亲水平台等，实现电站与周边环境和谐统一。按照生态环境保护要求，建设过鱼道、鱼类增殖放流站等设施或使用鱼类友好的水轮机。小水电项目的水土保持及环境保护措施要与主体工程同时设计、同时施工、同时投产使用。库容较大的水电站初期蓄水时，应选择合理时机和生态友好的蓄水方案。

在推进绿色小水电的基础上继续探索智慧小水电，即通过自主研发、优化设计、新技术运用等形式，消化吸收国内外水电建设新技术、新工艺和新材料。开展绿色小水电关键技术攻关，加快科技创新成果转化，解决绿色小水电发展中的工程技术困难。积极开展成熟适用的绿色小水电技术示范推广，研究探索水光、水风等互补发电技术，按照“互联网+技术服务”的要求建设智慧小水电。

此外，水利部强调严格项目准入、依法监督检查、强化政策引导、增强公众参与、加强组织领导等措施来保障意见的实施。

Safety management of reservoir area is the core work of water conservancy and hydropower project management department.Nowadays,with the popularization of hydrological automation technology,more and more managers have adopted this technology to improve the safety of reservoir area.This paper discusses the construction and application of hydrological automation in safety management of small and medium-sized reservoirs.

hydrological automation;water conservancy project and hydropower station;safety management

TV697.2

A

1671-1092（2017）02-0056-04

2017-02-13；

2017-02-27

骆旭佳（1985-），男，工程师，硕士研究生，主要从事水电信息化建设工作。

Title:Application of hydrological automation in safety management of small and medium-sized reservoirs//by LUO Xu-jia,WANG Shan-shan,XU Wei-hong and Zhang Ting//Zhejiang Huadong Surveying,Mapping and Geoinformation Co.,Ltd.