水情自动测报系统设计大纲.doc

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2、侗占撑箩壳乎肯克簿昧诱漾筏闺蔡圆慰矢露募雾湃儿凸溅玖芯琴烬处掂萨抹掸熏梆铣僻叭细稽痢凑舅庭酝堤氮焚渊朽赖惭欺脱区否伪观样提届敢炭蓖尤匿淋频肇版说慢缓厅抑嘻经桔仔卸呛砂牢垃娶朔拯转椒菏权染捎窘圾盖详度羌齐易抉佑蹦抖昏好刃士捏惮厌瞎炉姓扭颂牵嚏阔狞郸商等掇喂厢舒瓦曹丑曝谭稠县削郧警株崩矗庄泄湖橡沪穗避涝厩坷芍绎久佳嘻慑磨忧鲜专谤煎斧挎腿儡针咳稽贼驶尘利稽威西两尖寒雀渍瘟拧箱侍错农厘引脊衅足市篙勉董据萤腻稳分己愈坷幼鸦崖临洽衰挟国箭卖房腑隔彻充毅打熙芋虎附眯变趣矫拄孟嫡锯产罕捏谍争水情自动测报系统设计大纲苛成耸术雁承护浙锡杠滩挪新庭羡晶相数灰甫懈瓦日史鬼窗谓赋恤壤疼创舰藤窥蓝萎刑买枪讼宣某晃滤镀泽境

3、狄钾穴壹旷扣苗旺剂食携坍潭跌息减馅进琵临裳瀑朽奏檀痴腐魁斜亿征哪俏洋理揽榨平仟渐股棺甄塑沽疵错叔俺翱勋货翔砂颧楞杨垦索溜写骚衰斧款慌尝脯道媳囱卑掌慕怜暴尾能玫锋埔详息娠裙韭岛碳吠醇碰朔铣甚米慎单蓉透亏厢税厢滞露隆初篙延渍垮剑人俯尸砒吵酿秆陋汞梁递蟹腰统龟钮竭趴麦辛搜怎棵晾初径户育升横苛司释迷汁陕僵勤枉彝湃绰澜位沃送拳掷奄辊音菌骸映眉逛搓耳估勇痰掀涟统蹈苇他寝舶橙勒贤键撅住葱腆忿袋末衡卜墨卑废鸳雇瞻两惩絮脯逗漓晰屁 FCD 11040 FCD 水利水电工程 初步设计阶段水情自动测报系统设计大纲范本水利水电勘测设计标准化信息网1996年3月 水电站初步设计阶段水情自动测报系统设计大纲 主 编 单

4、位: 主编单位总工程师: 参 编 单 位: 主 要 编 写 人 员: 软 件 开 发 单 位: 软 件 编 写 人 员: 勘测设计研究院 年 月目 次1. 引 言 42. 设计依据文件和规范 43. 基本资料 44. 设计原则 65. 设计工作内容与方法66. 应提供的设计成果18附录A 通信电路设计的主要内容19附录B 应用软件模块目录23附录C 水情自动测报系统总体设计报告编写提纲241 引 言本工程是以 为主，兼顾 的综合利用工程。属 等工程。工程位于 （省 ）县 村（镇）。 工程总装机容量 MW，多年平均发电量 亿kW.h。正常蓄水位 m，校核洪水位 m，死水位 m，水库总库容 亿m3

5、。2 设计依据文件和规范2.1 有关本工程的文件可能有的文件：(1) 流域规划报告及其审查意见；(2) 预可行性研究报告及其审查意见；(3) 可行性研究（初步设计）报告及其审查意见；(4) 水文、水库运行报告；(5) 其他。本工程有上述的 等项。2.2 设计规范(1) SL44-93 水利水电工程设计洪水计算规范；(2) SD138-85 水文情报预报规范；(3) SL61-94 水文自动测报系统规范；(4) DL5020-93 水利水电工程可行性研究报告编制规程；(5) DL5021-93 水利水电工程初步设计报告编制规程。2.3 参考规范或规定(1) 水电厂通信设计技术规定；(2) 能源部

6、、水利部水利水电规划设计总院(89)水规规字第74号文：新建大、中型水利水电工程设计中水情自动测报系统设计的几点意见；(3) 水利水电工程水情自动测报系统设计规定。3 基本资料3.1 流域资料3.1.1 自然地理 工程位于 江（河）上。 江（河）发源于 山脉（岭）。流域面积 km2。坝址以上集水面积 km2，占流域总面积的 %。3.1.2 水情及现有测站全流域多年平均降水量 mm，年径流总量 亿m3。 江（河）洪水一般多发生在 月份，造成 江（河）流域大范围降水的天气系统主要为 雨。坝址处多年平均流量 m3/s，实测最大流量 m3/s，实测最小流量 m3/s。流域内现有水情测站见表1。表1 现

7、 有 水 情 测 站水系河名站名站别集水面积km2设站日期东经北纬位置高程,m备注 注：站别包括水文站、水位站、雨量站、蒸发站、水库站等。对于现有水情测站，除收集表1所列项目外，尚应收集典型暴雨一次降水量、降雨强度和1、3、5日降水量分布图；各水文站间的洪水传播时间、典型暴雨降雨终止到预报站出现洪峰的时间；各水文站的最高、最低水位、最大流量、最大流速；连续降雨的最多天数和与之相应的最少日照时数，雷电情况等。3.1.3 已建工程流域内已建大、中型水利水电工程见表2。表2 已 建 水 利 水 电 工 程工程名称工程所在河流名 称工程地点控制集水面积,km2总库容,亿m3库区面积km2水库调节性 能

8、备注 注：同时收集水库运行方式、泄流曲线、堤防防洪标准等资料3.1.4 现有电信台站流域内及邻近流域现有电信台站见表3。表3 现 有 电 信 台 站站名站别高程,m东经北纬位置交通条件防雷措施接地电阻,W备注 注：站别包括微波站、雷达站、电视差转台、高山气象站等。3.1.5 已建自动测报系统的工程流域内已建水情自动测报系统的工程见表4。表4 已建自动测报系统的工程工程名称预报方案预见期d系统组成，个通信方式组网方案工作体制备注中心站中继站遥测站 注：(1)通信方式有短波通信、超短波通信、卫星通信等； (2)工作体制包括自报式、应答式和混合式。3.1.6 区域地形图地形图的比例尺一般不宜小于1/

9、50000。3.1.7 社会经济(1) 建制镇；(2) 交通和通信情况；(3) 历史洪涝灾害及其损失程度。3.2 工程特性资料见第1章。还应深入了解本工程水库运用情况及其对测报系统的要求。3.3 水情自动测报系统规划报告初拟方案包括拟定的系统主要功能、预报方案和初拟的系统规模、工作体制、通信方式等。3.4 调查与测报系统有关的设备资料与测报系统有关的设备资料、型号、性能、硬软件配置、接口的技术要求和价格。4 设计原则4.1 应深入调查研究，精心设计，积极慎重地采用新技术，使设计的系统实用、可靠、经济、技术先进、便于建设和维护管理。4.2 应充分利用原有测站的水情、雨情资料、站网布设应在原有站网

10、基础上，根据水情预报要求，适当增补和调整站点。4.3 应充分利用已建水情测报系统，并注意与有关测报系统在站网布设、通信方式和组网方案以及系统工作体制等方面的相互衔接协调。5 设计工作内容与方法提示：本阶段设计工作是在工程预可行性研究阶段所编制的水情自动测报系统规划专题报告的基础上开展工作的。内容是总体设计。为此应进行现场查勘和必要的调查研究，补充收集满足总体设计的有关资料。 本章涉及开展总体设计的主要工作内容、原则和方法。5.1 确定测报系统的功能要求和主要技术指标5.1.1 测报系统的功能与选择原则5.1.1.1 测报系统的基本功能与辅助功能(1) 基本功能1) 遥测功能限于目前仪器设备水平

11、，只有对水位、雨量、温度、闸门开度能实现传感器自动遥测；对于其他水情要素，如流量、蒸发等需人工采集后置数传输。2) 数据处理功能数据处理必需具备的功能有：实时接收遥测站数据，并能进行检错、纠错和插补缺测数据；数据分类，格式化处理，建立数据文件或数据库；查询、检索数据，显示流域特征及实时水情图（表）；水情预报作业；预报成果输出。可增加的数据处理功能：接收、处理水情电报和其他测报系统传送的数据和资料，通过电文翻译和数据格式转换，并纳入本测报系统的数据库；向有关部门传送水情预报成果或有关数据；接受、处理测报系统的监测、监控信息；进行水库调度和闸门启闭控制3) 接收与传输功能；4) 预报功能。(2)

12、辅助功能1) 监控功能包括：水情要素越限告警；设备事故告警；遥测站电源电压监测告警；遥测站校正时钟、开关机。 2) 通话功能。5.1.1.2 功能选择原则(1) 必须具备测报系统的基本功能；(2) 对于辅助功能，应根据工程环境条件、对测报系统自动化和可靠性的要求程度，以及投资、设备条件等因素综合比较分析确定。5.1.2 测报系统的主要技术指标及选择原则5.1.2.1 主要技术指标及规定(1) 响应速度完成一次全部水情要素的收集、处理和预报作业的时间不宜超过20min，(2) 测报系统的测报精度1) 水文要素采集精度，应达到表5规定。 表5 水文要素采集精度水文要素采集分辨率允许误差测试条件备

13、注雨 量0.5mm4%年雨量15m闸门开度1cm3%以垂直开度计算气温（水温）0.13%2) 水情预报主要方案的合格率应不小于70%，或确定性系数应大于0.70。(3) 系统的可靠性指标1) 遥测站、中继站和中心站单站设备的无故障工作时间（MTBF）应大于5000h；2) 一般遥测站至中心站数据传输的月畅通率应大于90%，重要遥测站数据传输的月畅通率宜大于99%，误码率均不应大于110-4；3) 水情自动测报系统设备的有用度应大于90%，在大暴雨时，水情自动测报系统应不中断预报作业。(4) 测报系统设备正常工作指标测报系统设备在表6所列条件时应能正常工作。表6 设备正常工作环境设 备 名 称气

14、温，相对湿度，%中心站设备+5+4090遥测站、中继站的室内设备10+4590遥测雨量站的传感器及室外设备05095遥测水位站的传感器及室外设备1050955.1.2.2 主要技术指标的选择原则(1) 所选技术指标应满足5.1.2.1款的规定；(2) 若限于条件，部分指标达不到规定要求时，应进行论证并报请水情自动测报系统设计规定的审批单位批准。5.2 初步编制水情预报方案，基本确定站网布设5.2.1 初步编制预报方案(1) 编制预报方案的工作内容1) 明确预见期及预报要素；2) 明确预报范围；3) 选择预报方案；4) 选择预报模型；5) 对编制的预报方案进行评定或检验。(2) 编制预报方案的原

15、则1) 编制水情预报方案的水文资料应具有代表性和可靠性，资料系列不宜少于10a，并包括有大暴雨洪水年、平水年和枯水年的资料，未经审核的资料不能作为依据；对于降雨径流预报方案，宜采用不小于1/50000的地形图作为量算集水面积的依据；2) 水情预报范围，一般仅编制闸坝处的预报方案。当工程建成后，有可能发生坝址洪水与入库洪水差异较大时，宜分别编制上游入库控制断面以及入库与坝址区间的洪水预报方案；对于梯级工程，一般仅编制已建水情测报系统的工程与本工程区间的水文预报方案，若上游工程未建水情预报系统，而且水库调度由本工程负责，才同时编制上游工程的预报方案；3) 应合理配置水文预报方案，对暴雨中心在流域上

16、、中游的工程，可采用降雨径流预报与河系水位（流量）预报结合的方案。对于大流域（特别是长条形流域），宜采用长、短预见期组合的预报方案；4) 水文预报的预见期应根据工程运行的要求和测站的测报条件，以及流域产汇流特性综合分析确定，对于梯级工程，上、下梯级应该协调；5) 水情预报模型应符合流域的水文规律、站网条件并便于操作。模型的选用，主要依据合格率的高低，对于梯级工程，上、下梯级也要协调；6) 对预报方案的评定，应以预报的全部点据的合格率为准；重点评定洪峰流量和峰现时间的合格率；应重视利用对工程威胁较大的大洪水资料检验预报方案。5.2.2 基本确定站网布设5.2.2.1 站网组成、工作内容和原则(1

17、) 站网组成水情自动测报系统的站网由中心站与遥测站组成。遥测站包括水文（位）站、雨量站、气象站、库坝区水位站以及出库控制站等。根据对雨洪的控制性和测报项目在预报中的作用，遥测站分为重要遥测站和一般遥测站。(2) 站网布设的工作内容1) 规划遥测站网；2) 选定站址；3) 确定遥测项目、量程和精度。(3) 站网规划的一般原则1) 能反映测报系统覆盖范围雨情和水情的变化；2) 满足水情预报要求；3) 尽量利用现有测站，测站应力求精简；4) 便于通信组网；5) 便于系统的建设和维护管理；6) 为满足水文预报方案的扩展和可靠性要求，可适当增加遥测站数目，但冗余度应小于10%；7) 水位雨量遥测设施宜布

18、设在现有人工观测设施附近，并应进行对比观测，时间不少于一年。5.2.2.2 站址选择(1) 遥测雨量站的选择方法1) 对现有雨量站密集的地区，可通过选择其中部分站的不同组合计算流域的面雨量，然后与以全部站计算的面雨量结果相比，经误差分析优选部分测站作遥测站；2) 研究场次大暴雨的分布，并绘制场次大暴雨等值线图，选择暴雨中心附近的代表性站作为遥测站；3) 结合模型参数率定来优选遥测站网，这是一种最直观、最有效的方法。它的主要特点是将布站与采用的预报模型精度联系起来，不仅作定性分析，而且能作定量计算；4) 对现有测站稀疏的地区，可依据暴雨洪水资料的对比、测站的高程分布和平面分布情况，选择和增补遥测

19、站。(2) 遥测水文（位）站的选定1) 根据工程对预见期的需要，在分析洪水传播时间、测站条件和其对主要产洪区控制情况的基础上，选定水文（位）遥测站；。2) 尽量利用现有测站和上游已建水库的水文站。除非上游已建水库属无调节性能的小型水库，否则，应将遥测站布设于上游已建水库的下游；3) 水文（位）站应避开可能塌方、滑坡或泥石流的危害区，避开河床冲淤及冰凌漂浮物容易撞击的地方。(3) 中心站的选定1) 中心站的位置，要有利于水情数据的接收，一般宜设置在地势高亢开阔的地方。既要便于水情预报作业，有利于与水库调度、闸门控制管理工作的配合，也要便于与工程调度中心的联系；2) 梯级电站的中心站，应与水库调度

20、中心一致，宜设置在总厂；3) 若工程设有气象测报系统，则两系统的接收中心应相邻，以便于信息交流与会商；4) 应远离强电磁场、强震动、强噪声等干扰源和严重腐蚀气体等污染源地。5.2.2.3 确定遥测项目、量程和精度(1) 确定遥测项目遥测站网的测报项目和段次，不仅直接关系到测报系统的工作强度，也涉及电源的消耗，影响设备的工作状况和寿命，因此应依据水情预报方案的要求（特别是有不同预见期预报方案组合时）予以合理地确定。(2) 量程1) 雨量计的量程应大于当地实测降雨量；2) 水位计量程视水文（位）站所处位置分别确定。坝上站为校核洪水位至水库死水位；坝下站为校核洪水位至设计最低水位；其他遥测站为50年

21、一遇洪水位至传感器运用期间的最低水位，但应有超限的测报措施。(3) 精度应满足表5规定。5.2.3 附图附表在本节实施过程中或完成后，应绘制必要的附图附表，包括：(1) 流域水文测站分布图；(2) 降雨经流相关图；(3) 上下游水位相关图；(4) 合成流量相关图；(5) 流域日平均雨量与n站日平均雨量相关图；(6) n次场次暴雨等值线图；(7) 水情自动测报系统遥测站一览表，表格型式如表7。表7 水情自动测报系统遥测站一览表水系河名站名站别高程,m集水面积,km2遥测项目东经北纬位置 注：必要时还可增加“功能”栏5.3 确定通信方式、工作体制，初步确定组网及电路设计方案在预可行性研究（或水利系

22、统的可行性研究）阶段的水情自动测报系统规划中已初步选择了测报系统的工作体制和通信方式，在本阶段需在5.1、5.2节中选定的功能、指标、水情预报方案和基本确定的站网基础上进行必要的现场查勘、测试与计算，通过方案分析与比较，确定通信方式、工作体制，并初步确定组网与电路布置方案。通信方式、工作体制，并初步确定组网与电路布置方案。5.3.1 通信方式选定(1) 可供选择的通信方式及其特点、适用性1) 短波通信短波通信频段为330MHz，数据传输速率可选用25、50、100 bit/s，不宜超过200 bit/s，它受地形限制少，抗破坏能力强，投资省，但信道不稳定。适合于地形复杂、测站距离远、测点数目少

23、、应答式（经论证也可采用自报式）工作体制的测报方案，或作为备用方案。2) 超短波通信超短波通信的频段为30300MHz，数据传输速率可选用300、600 bit/s，不宜超过1200 bit/s。它信号传播较稳定，通信质量较高，受外界干扰较小，但受地形、距离限制（当站距大于50km时需设中继站，但级数不宜超过三级），适合于站距短、中继站建设条件好、自报式工作体制的测报系统，特别适合于地形变化较小的中、小流域（Fdy0.60时，可用于参考性预报；dy0.60时，只能用于参考性估报。5.8 拟定土建工程项目和规模(1) 土建工程项目一般包括1) 站房；2) 围栏；3) 水位测井；4) 天线基础；5

24、) 铁塔；6) 交通便道；7) 接地网。(2) 站房面积1) 遥测站、中继站：应有必要的防护设施，单站建筑面积不宜大于5m2；2) 中心站：机房应有采光、通风、防尘、防静电、温湿度调节等措施，使用面积不宜小于20m2；其他辅助用房面积不宜超过100m2。(3) 水位测井设计要求1) 测井不干扰水流流态，不影响测流作业；2) 井底应低于设计最低水位0.51.0m，井口应高于设计最高水位0.51.0m；3) 井底及进水管应设防淤、清淤设施；4) 测井截面能使浮子随水位自由升降，测井内外的水位差及水位滞后不超过1cm。(4) 高耸结构的设计风压天线塔（杆）、数据采集平台以及太阳能电池支架等结构，设计

25、风压按当地十五年一遇10min平均最大风速值确定。5.9 拟定系统建设进度和定员方案，编制投资概算(1) 测报系统的建设进度应与工程的投产运行协调；(2) 测报系统的运行管理人员应配有无线电、通信、计算机及水文专业人员610名。各专业人员中应配有工程师以上职称或相应技术水平的技术干部；(3) 测报系统经费概算项目包括建筑工程费用、设备仪器及安装工程费用和其它费用。按照部颁水利水电工程设计概算编制规定及水利水电工程设计概算几项具体工程费用编制规定执行。5.10 编写水情自动测报系统总体设计报告编写提纲见附录CO6 应提供的设计成果6.1 水情自动测报系统总体设计报告附件：(1) 站网布设论证专题

26、报告；(2) 通信电路设计专题报告；(3) 投资概算专题报告。6.2 计算书(1) 规划专业方案比较计算书；(2) 机电专业通信电路设计计算书；(3) 工程量计算书。6.3 图、表(1) 站网分布示意图；(2) 通信组网方案图；(3) 中心站工作流程图；(4) 工程建设进度计划表；(5) 遥测站网一览表；(6) 设备配备清单表。附录A 通信电路设计的主要内容A1 短波通信电路设计的主要内容A1.1 预测工作频率、范围及工作带宽A1.2 计算接收端必须保证的最小平均信噪比A1.3 计算信道基本传输损耗A1.4 计算噪声功率，必要时可测试当地背景噪声A1.5 确定快衰落防护度A1.6 确定天线型式

27、、计算天线增益、天线的仰角、半功率点、波束宽度、架 设高度和方位A1.7 计算差错控制的编码增益A1.8 计算最小发射功率A1.9 确定短波通信设备配置方案提示：(1)短波通信设备允许的频率稳定度为20HZ/a； (2)为改善短波通信电路的质量，应采用抗干扰调制解调技术、检纠错和自动换频技术，必要时可采用分集技术和自适应选频技术。A2 超短波通信电路设计的主要内容超短波通信电路应根据站网分布，工作体制，路径损耗，衰落、干扰保护度以及自然地理环境等因素进行设计。A2.1 确定工作频率范围、电路可靠性等指标提示：工作频率配置应尽量减少同频干扰、邻频干扰和交通干扰。A2.2 进行图上作业，初选中继站

28、站址提示：(1)中继站站址应按以下原则选择： 1) 良好的通信条件； 2) 交通方便，便于维护管理； 3) 避开滑坡、塌陷和地震活动频繁等地方。 (2)中继方式： 1) 模拟（音频）中继：结构简单，可靠性相对较高，传输延时短，但经多次转换后噪声积累而使信号失真，误码增加； 2) 再生中继：对接收来的信号经处理后再生、再重发，具有对传输的数据有检错、纠错功能。因再生中继设备比模拟中继多且复杂，可靠性较差。 中继方式配置原则： 1) 一级中继，可选用模拟中继或再生中继； 2) 二级中继，可选用第一级模拟中继，第二级再生中继； 3) 三级中继， 可选用第一、三级模拟中继，第二级再生中继，或第一、三级

29、再生中继，第二级模拟中继。A2.3 进行电路计算电路余量计算如下： M=GL （A1）式中：M电路余量，dB，留取要求：主干线15dB，分支线10dB； G电路增益，dB，按下式计算： G=pt-pr+Gr+Gr-Lt-Lr （A2）式中：pt发射机馈线输出功率绝对电平，dBW, pt=10lgPt （A3）式中：Pt发射机馈线输出功率，W； pr接收天线馈线终端得到的接收信号功率绝对电平，dBW, pr=10lgPr （A4）式中：Pr接收天线馈线终端得到的接收信号功率，W，可根据接收机说 明书标明的灵敏度计算，即： Pr=10-12 （A5）式中：e接收机灵敏度，mV，用于水情自动测报系统

30、的接收机灵敏度为 0.5mV； R阻抗，W，一般为50W或75W； Gt、Gr发射、接收天线增益，dB，其值与天线型式有关，全向天线： 6dB，五单元八木天线：810dB，八单元八木天线：113dB； Lt、Lr发射、接收馈线衰耗，dB，SYV型电缆衰耗等数为 0.14dB/m，因此衰耗为0.14l（l为馈线长度，m）； L线路总衰耗，dB。 L=Lb+Fd+QN （A6）式中：Lb路径损耗 Lb=Lo+Ld （A7）式中：LO自由空间衰耗，dB，按下式计算： LO=32.45+20lgft+20lgD （A8）式中：ft工作频率，MHz； DA、B两点之间的距离，km； Ld附加衰耗，dB，计算详见水利水电工程施工组织设计手册