丹江口水库调研

丹江口水库调度自动化系统开发及应用胡永光董付强丹江口水利枢纽管理局，湖北丹江口(442700)E-mail：djksq@摘要：水调自动化系统是电网调度自动化的一个重要组成部分，是充分发挥水库综合效益的有力支撑。

主要进行与水库运行有关的监视、预报、调度和管理。

系统基于对历史资料的收集整理，通过对实时水文、气象、水库运行等信息的自动采集，利用数据库管理技术，进行实时水文预报、调洪演算、优化调度和水务综合管理等，提供满足防洪、发电、灌溉及其他综合利用要求的水库调度决策方案。

本文对丹江口水库调度自动化系统的开发内容做了主要介绍，并对系统建成以来的效益做了简要分析，认为系统的应用为水库带来了巨大的社会效益和经济效益，是值得大力推广的非工程措施。

关键词：水调自动化系统；开发；效益；非工程措施1．引言1.1 流域概况丹江口水利枢纽位于汉江与支流丹江汇合口下的丹江口市，水库控制流域面积95200 Km2，占汉水流域面积的60%。

丹江口水利枢纽工程是一座以防洪为主，兼顾发电、灌溉、航运、养殖等综合利用效益的大型水利工程，它不仅是治理开发汉水的关键工程，又是南水北调工程中线方案的水源地，在国民经济中起十分重要的作用。

汉江是长江中游最大的支流[1]，发源于陕西省秦岭南麓，干流流经陕西、湖北两省，于武汉市汇入长江，全长1577Km，落差1964m。

北以秦岭及外方山与黄河流域为界；东北以伏牛山及桐柏山与淮河流域为界；西南以大巴山及荆山与嘉陵江和沮漳河等相邻；东南为汉江平原，水系纷繁。

流域面积为15.9万Km2。

汉江流域地势西北高，东南低。

水系成叶脉状，自上而下主要支流有任河、洵和、甲河、堵河、丹江、南河、唐白河等。

丹江口以上为上游，干流河段长925Km，集水面积9.52万Km2；丹江口至钟祥河段称中游，河长270Km，集水面积4.68万Km2，多为丘陵与河谷盆地；钟祥以下至汉江河口为下游,河长382Km,集水面积1.7万Km2,是汉江平原地带,河道弯曲,水流较缓。

干流沿岸有汉中、安康、十堰、襄樊、荆门、潜江、仙桃、武汉等大中城市。

汉江中下游沿岸平原和河谷阶地及上游汉中盆地是重要农业区。

流域内交通运输发达，是我国重要的内河水运通道。

汉江流域示意图见图1。

图1 汉江流域示意图1.2 工程概况丹江口水利枢纽工程于1958年9月动工兴建，1967年11月下闸蓄水，1968年第1台机组发电。

1973年底，初期工程包括大坝，六台15万Kw发电机组，溢洪道，通航建筑物，引水闸等全部建成。

丹江口水利枢纽工程属一等工程，挡水建筑物为一级水工建筑物。

丹江口水库大坝按千年设计，万年校核。

初期工程（目前）水库正常蓄水位157m,相应库容174.5亿m3,有效库容102.2亿m3，防洪库容78～56亿m3，是一座年调节水库。

汛期限制水位7～8月为149m,9月为152.5m,10月1日开始蓄水，最高可至157m。

电站装机容量90万Kw,保证出力24.7万Kw,设计年发电量38.3亿Kwh。

升船机可通过150万吨驳船，设计年货运量可达80万吨，引水渠首可引水600m3/s。

水库初期规模主要特征值见表1。

表1 丹江口水利枢纽工程初期规模特征指标表指标单位特征值坝顶高程m 162.0 正常蓄水位m 157.0 相应库容亿m3174.5死水位m 139.0 相应库容亿m372.3调节库容亿m3 98.0～102.2夏汛限制水位m 149.0 预留防洪库容亿m376.7秋季汛限水位m 152.5 预留防洪库容亿m355.0正常蓄水位水库面积Km2 745.01.3 系统开发目的随着社会经济的发展，丹江口水库在防洪中的地位和作用越来越突出，如何更合理地运用水库工程科学地调度洪水，最大限度地发挥丹江口水库的防洪发电效益，是丹江口水库防洪调度管理工作的一项重要任务。

为了对实时雨水情做出更迅速的反映[2]，做到适时自动采集雨水情信息，及时准确做出防洪预报，及早提出调度方案和意见，为各级防洪指挥决策部门提供支持，减轻下游洪水灾害，在国家防总办公室的领导和支持下，丹江口作为第三批试点建设单位之一，开发了本套系统。

2．系统开发内容及其功能根据丹江口水库的实际情况，丹江口水库调度自动化系统共分五个子系统：基本信息查询管理、水雨情实时信息查询管理、防洪预报调度、发电兴利调度管理和水文历史数据库维护管理等。

该系统基本涵盖了丹江口水库调度的业务工作，是一个综合性的大型水调自动化系统如图2。

图2丹江口水库调度系统组织结构图2.1基本水情查询子系统本子系统是为来丹江口参观访问的人了解丹江口水利枢纽及汉水流域而专门设计的，即以图、表方式简要介绍了水库流域的基本信息，水文特性，工程效益，管理状况，水利工程设施，大坝安全监测，下游情况，自动测报等内容;通过浏览图片了解枢纽工程的水工设施、流域规划设计、水库防洪调度、流域风光等；充分利用多媒体技术，实现了对文本、图形、影像的交互式管理与显示功能。

2.2水雨情实时信息查询管理子系统水雨情实时信息查询管理子系统包括值班输入，遥测数据查询，了解水雨情数据的实时变化，设定系统与遥测系统关系等功能。

具体功能如下：2.2.1 水情信息查询包括河道、水库水情查询，遥测数据、报汛数据处理和特征值查询等模块。

对水库站、河道站及雨量站的时段、日、旬、月的各项运行数据进行查询并整理。

具体表现在以下几个方面：丹江口水库相关数据：丹江口水库运行日、月、年报表，某段时间内的运行特征值统计，上游水位、入库流量、出库流量过程图形显示，洪水相关因素（洪峰、洪量、频率等）的统计计算。

雨量数据：时段、日、旬、月降雨量的逐站过程显示，流域降雨情况示意图，分区和流域降雨量的计算，报汛资料的简单校核。

水位流量数据：单站水位流量过程报表及图形化显示，某段时间内流量过程特征值统计，流域实时流量情况图示。

2.2.2 水情值班水情值班系统将丹江口水库工作人员的日常工作流程模块化，使值班工作与系统运转、数据库更新有效的结合起来。

具有交接班纪录、值班日志的输入与查询等功能。

包括8时值班流程，汛期6时值班计算等部分。

本子系统是使用最为频繁，也是最早投入使用的一个子系统。

2.2.3 开关孔查询及弃水量计算丹江口水库共有12个深孔与20个堰孔。

主要功能是对深孔及堰孔的开关状况进行有效的管理及记录，并提供了开关孔状态的查询及变更功能及对指定时间的开关孔状态图形显示与变更功能。

通过调整起始结束时间，根据时段内的开关孔状况，可以对报汛资料完全的时段进行弃水计算。

2.2.4 报讯质量查询统计报汛质量查询与统计模块主要是对实时数据库中雨量站的数据进行整理。

通过对查询时段内雨量的检查，来判断时段内是否有雨量缺报或者错报。

如有缺报或者错报，则将缺报或错报的情况按类型存入数据库。

并在可能情况下将漏报雨量补齐。

同时对指定的月、季、年，按水文局号，分常、汛期，分别统计时段、日、旬、月数据的缺报数、缺报率、错报数与错报率。

这是本系统的一个亮点，为水库水文资料整编带来很大的便利。

以上数据计算过程具有给定时间范围的连续计算能力；计算结果可进行文字管理以及打印输出。

2.3 防洪预报调度子系统这是丹江口水库调度自动化系统的核心，也是投入运行较早的一个子系统。

2.3.1 洪水预报系统提供了Pa计算、分区面均雨量计算、经验预报方案、蓄满产流预报方案、入库流量合成计算等模块。

系统先由实时雨量资料计算各区（按预报方案分区）的前期影响雨量Pa 及面均雨量[3]。

对于单区预报，产流分别采用降雨径流经验相关法与蓄满产流法，汇流采取经验单位线。

通过列表的形式，系统显示了产流过程及产流过程特征值，其中产流过程特征值包括各分区出口的洪峰流量、峰现时间、累计降雨、累计净雨和总计水量等。

入库流量合成采用传播时间的叠加法进行流量合成计算，并考虑上游水库蓄水对预报结果的影响，可对上游三座水库（石泉水库、安康水库、黄龙滩水库）出库过程的进行人工输入，也可选择采用预报计算方案作为出库过程。

入库洪水过程结果显示有图和列表两种形式，还可实现根据图形人工对预报结果进行修正的功能。

经过确认后，保存该场洪水，便于管理和查询。

2.3.2 水库洪水调度水库洪水调度过程包括洪水形势分析、预报拟定、方案评价、方案选择、方案提交等过程。

水库洪水调度模块的流程如图3所示。

图3水库洪水调度模块的流程为满足不同情况的要求，系统提供多种可供选择的防洪实时调度模型，即经验常规调度模型、规则调度模型、预报预泄模型、交互调度模型。

以水库洪水调度设计方案为基础，通过人机交互方式确定未来调度时间范围内各个时段内下泄流量、兴利流量，并以这些数据为基础，采用优化调度与交互调度，系统可以产生多种的调度方案。

系统应用模糊优化模型，选择调度目标的重要度，求出相应权重,对调度方案进行模糊评价优选，自动求出最佳的调度方案。

2.4发电兴利调度子系统本子系统主要侧重于发电调度。

主要是根据水库当前运行情况（灌溉、库水位变化情况）和预报入流情况制定出各种年、月、旬发电计划方案，供领导和上级部门决策，从而达到发挥丹江口水库最大兴利效益的目的[4]。

本子系统共有优化调度、发电计划、数据编辑、结果查询等4个模块。

(1)优化调度模块：用优化调度、常规调度图调度和综合调度图调度等三种调度方案进行计算，提出三种调度结果供选择。

(2)发电计划模块：可制定出在各调度方案(优化调度方案、常规调度方案、交互方式和实际运行模拟方式等)约束条件下的各种年、月、旬发电计划、或模拟运行情况以供选择或比较。

(3)数据编辑模块：进行各种基本数据的录入和修改。

(4)结果查询模块：查询各种调度方案的结果。

2.5历史数据库维护管理子系统2.5.1资料的整编数据库维护的执行必须经过资格检验，确认用户的访问级别，以增强数据库的安全性。

维护时必须先设置统一的整编年份。

具体过程如下：(1)点绘水文站点的水位（流量）过程线，查看突变点，人工进行合理性检查并改正，得到各站的准确水位流量资料，同时可求得日、旬、月水位（流量）的统计值；利用上述资料重新计算出丹江口水库入库流量，并摘录洪水过程，进行洪水统计计算；检查开关孔过程，确认无误后重新进行弃水计算；对电厂的年、月、日资料进行整编计算。

(2)根据水量平衡原理，利用时段、日、旬、月雨量间的平衡关系，检查雨量站点雨量资料的合理性并改正，同时进行流域面均雨量的统计计算；2.5.2 数据统计、查询与报表制作数据查询与统计功能实现了对水位、降雨、蒸发、流量（入库和出库）等水文数据的查询、统计功能。

系统提供了灵活的统计方式，可以对任意时段内的单项或多项水文数据的均值、极值、总量进行统计。

3．效益分析丹江口水库调度自动化系统自2002年投入运用以来已为水库带来了巨大的社会效益和经济效益。