新疆柯坪蘇巴什水庫水雨情預警系統(tǒng)設計及運行管理探討

孔 燦

(新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000)

1 流域概況

1.1 地理位置

蘇巴什水庫位于新疆阿克蘇地區(qū)柯坪縣境內的柯坪河(又稱蘇巴什河)上，是柯坪河上的控制性工程，具有灌溉、防洪綜合利用任務。水庫壩址位于柯坪縣城西北約10 km的柯坪河出山口處，控制流域面積4 428 km2，控制徑流量0.6 883億 m3。蘇巴什水庫為Ⅲ等中型工程，總庫容 1 561萬 m3，正常蓄水位1 315 m，相應庫容1 470萬 m3，死水位1 302 m，死庫容127萬 m3，調節(jié)庫容1 343萬 m3；水庫汛限水位1 302 m，防洪高水位1 310 m，防洪庫容584萬 m3，樞紐工程建筑物由混凝土面板砂礫石壩、泄洪閘、沖沙閘、引水閘、混凝土重力壩段組成。

1.2 地形地貌

蘇巴什水庫地處南天山與塔里木盆地交匯地帶，總地勢北高南低，由北向南地貌分帶明顯：依次為高山區(qū)，中山區(qū)，山前傾斜平原和塔里木盆地。北部為強烈剝蝕切割的高山、中高山區(qū)，海拔高程 3 500～5 000 m，山勢巍峨、溝谷發(fā)育，山體總體走向近東西。區(qū)內主峰托木爾峰海拔高程 7 443.8 m，常年積雪。中部為強烈剝蝕切割的中山、低中山區(qū)，海拔高程 1 500～3 500 m，溝谷發(fā)育，山體走向近東西。南部為山前傾斜平原區(qū)及塔里木盆地，山前傾斜平原地帶海拔高程一般1 100～1 280 m，主要為山前傾斜洪積礫質平原，平原區(qū)地勢平坦、開闊。山前傾斜平原南部為塔里木盆地，中心海拔約1 010 m。

1.3 氣象

蘇巴什水庫所在流域屬大陸性暖溫帶干旱氣候，降水稀少，蒸發(fā)量大。年均降水量為113.8 mm，年均蒸發(fā)量2 581 mm，蒸發(fā)量為降雨量的20倍以上；柯坪縣水資源嚴重匱乏，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，是全國風沙浮塵最多的縣之一；全年日照時數(shù)2 788 h，日平均為7.6 h，日照百分率為63%；年平均氣溫11.8 ℃，平均日溫差14.6 ℃；年平均無霜期203 d。

1.4 河流水系

柯坪河流域地勢北高南低、西高東低，全流域分北部山區(qū)和南部盆地兩部分。北部黑爾塔格山海拔在 3 400 m 左右，無常年積雪，基本無植被覆蓋，為陡峭山區(qū)，山系在古生代強烈褶皺的基礎上受第三紀和第四紀巨大造山運動而逐漸隆起；南部為由南向東南傾斜的盆地，高程在 1 600～2 400 m 之間，地面多為礫石戈壁覆蓋。

柯坪河流域面積較大，蘇巴什水庫壩址以上流域面積4 428 km2，上游多為季節(jié)性流水的河溝?？缕汉痈闪骱拥篱L約25 km，河道寬闊，河床由礫石組成，比降1/70～1/100，主要依靠泉水補給?？缕汉恿饔蜃畲蟮娜蹫樘K貝希山口的貝力克力克泉(又稱巴里克里克布拉克)，其出流河段當?shù)囟喾Q為貝力克力克河， 該泉徑流年內變化穩(wěn)定，匯集其它泉水后稱為柯坪河?？缕汉幼蕴K巴什出山口后，基本呈西東流向，沿途匯入少量山前小股洪水后在丘魯克能迪尼處與托烏力亞河匯合，改稱為阿恰河。

2 遙測系統(tǒng)設計

2.1 設計原則

(1)先進性。技術方案設計的起點要高，應盡量采用國內外先進成熟的主流技術、方法、軟件和硬件設備，同時要考慮這些技術、方法和軟硬件的發(fā)展趨勢，以保證雨量、水位、流量測驗方法的先進性和可持續(xù)發(fā)展。

(2)實用性。水情自動測報系統(tǒng)不但要服務于水利樞紐工程的建設，還要服務于樞紐建成后的運行調度，項目建設要緊密結合各行業(yè)的實際需求，充分考慮實用性和可操作性，以保證項目建成后的利用率和避免資源的浪費。

(3)可靠性。水雨情信息是水庫建設和運行調度的基礎依據(jù)和根本，必須保證信息資源的暢通和正確可靠。

(4)經(jīng)濟性。在滿足生產(chǎn)運行和安全的基礎上，對建設方案進行先進性、實用性、可靠性等綜合分析比較，方案的最終選擇應考慮經(jīng)濟合理的原則。

2.2 設計功能及目標

(1)遙測站配備先進、可靠的數(shù)據(jù)采集傳感器，自動采集測站雨量、水位、流量信息；

(2)遙測站存儲采集的數(shù)據(jù)信息，一般能夠滿足365 d的信息存儲，并有15～30 d的富余量；

(3)采用先進、可靠的通信手段，快速將測站采集到的水文數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿畮旃芾碚荆?/p>

(4)水庫管理站實時接收測站發(fā)送的水文數(shù)據(jù)信息，并進行檢查、糾錯、插補、分類等，建立數(shù)據(jù)庫，編制信息圖表，提供查詢、輸出、發(fā)布等功能；

(5)制定滿足防洪、水資源利用調度需要的預見期和精度的水情預報方案，自動完成不同方案預報功能，人機對話控制預報軟件運行的功能，以及在遙測信息漏缺的情況下進行預報的功能；

(6)系統(tǒng)運行狀態(tài)自動采集，具備水文要素越限報警、供電不足報警、設備事故報警功能；

(7)遙測站、水庫管理站建設系統(tǒng)配套的土建設施，并進行過電壓保護，使設備在遭受雷擊時不易損毀。本系統(tǒng)中無人看管的遙測雨量站應具有防破壞和防盜功能；

(8)本水庫自動測報系統(tǒng)可擴展水庫調度功能和基于計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程查詢功能。

2.3 遙測站設計

2.3.1 主要功能

遙測站在滿足規(guī)范要求的基礎上，具備以下功能：

(1)按照指定的工作方式實時可靠地完成雨量、入庫流量數(shù)據(jù)采集、本地存儲并傳輸，響應中心站召測指令；

(2)人工置數(shù)功能，能夠輸入其他方式采集的流量等信息；

(3)電源管理功能，自動檢測電源電壓，進行低電壓告警和管理；

(4)自檢和測試功能，可對通信信道、傳感器測量、電源控制等進行檢測和測試；

(5)數(shù)據(jù)自動重發(fā)機制，本地保存發(fā)送失敗的信息，系統(tǒng)恢復正常后自動重發(fā)；

(6)便于維護、升級和功能擴充。

2.3.2 遙測站組成

各遙測站采用測、報、控一體化的結構設計，包括遙測傳感器(雨量計、水位計、流速儀)、數(shù)據(jù)采集終端、人工置數(shù)終端、通信設備、太陽能電源、蓄電池等。

工程主要包括3處山區(qū)雨量自動監(jiān)測站、3處水位自動監(jiān)測站、3處水位雨量視頻站、1處庫區(qū)水位視頻站、1處入庫水文站(水位流量視頻站)、1處出庫水文站、控制了蘇巴什水庫山洪災害重點防治區(qū)。(見表1)

3 運行管理探討

3.1 組織機構

成立蘇巴什水庫防御指揮部和預警調度中心，負責協(xié)調指揮山洪災害防治搶險工作。下設辦公室，辦公地點為縣水利局，辦公室主任為水利局局長，工作人員由水利局和庫區(qū)管理站組成。人員編制由縣水利局內部協(xié)調解決，由于增設整套遙測預警系統(tǒng)建議增加庫區(qū)管理站人員編制。

表1 蘇巴什水庫水雨情遙測站點一覽表

3.2 工程管理

工程管理工作由縣人民政府、水利局統(tǒng)一安排部署，庫區(qū)管理站做好監(jiān)測設施的運行管理、檢測調度和維護工作，保證其安全運行。

(1)中心工作站和整體預測預警系統(tǒng)，由阿克蘇地區(qū)水利局、縣人民政府、縣水利局、庫區(qū)管理站負責具體管理維護。

(2)水雨情自動監(jiān)測站設施，委托阿克蘇水文勘測局專人進行管理，并按約定支付管理費用。

3.3 管理要求

(1)貫徹黨和國家的有關方針政策，掌握并熟悉本工程的規(guī)劃、設計、施工和管理資料以及工程運行有關的情況。

(2)隨時掌握設施運行動態(tài)，了解氣象預報及地震等信息，做好水文預報、設施維護工作；確保監(jiān)測預警系統(tǒng)設施工作和財產(chǎn)安全。

(3)進行工程觀測，對資料進行整理、存檔。

(4)要進行工程的檢查及觀測。

3.4 監(jiān)測任務

監(jiān)測各類設施、設施的狀態(tài)變化和工作情況，掌握運行變化規(guī)律，為正確運行管理提供科學依據(jù)。對設施、設備的薄弱環(huán)節(jié)、重要部位和容易發(fā)生問題的部位，要經(jīng)常檢查、定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)不正常跡象，分析原因，采取措施，防止事故發(fā)生，保證工程安全運行。

3.5 管理費用來源

工程年運行管理費包括：運行維修費、運行管理資金及其他費用。根據(jù)國內已建工程實際運行情況測算，年運行管理總費用為工程總投資的3%～4%。運行管理經(jīng)費由縣財政承擔。

4 結語

水情自動測報系統(tǒng)是近些年興起的一種很重要的非工程措施，它綜合了水文、電子、電信和計算機等多學科的有關最新成果，提高了水文測報速度與測報精度，改變了以往僅靠人工測報水文數(shù)據(jù)的落后狀況，在江河防洪、水庫安全度汛和電廠經(jīng)濟運行以及水資源合理利用等方面發(fā)揮著重要作用。它不僅可為防洪預警、預報提供實時信息，同時也可為合理調度水資源提供信息。在水資源極度缺乏的新疆廣大地區(qū)，合理調配有限的水資源是保證生態(tài)、促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展和穩(wěn)定邊疆的重要手段之一。