改進(jìn)鬧德海水庫(kù)壩前水位觀測(cè)方法的分析

蘇秀穎

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新123000)

1 水庫(kù)概況

鬧德海水庫(kù)位于柳河上游、彰武縣滿堂紅鄉(xiāng)，與內(nèi)蒙古庫(kù)倫旗交界，控制流域面積4 051 km2，最大庫(kù)容2.17 ×108m3。工程建成于1942年，歷經(jīng)4 次改建或加固，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了百年設(shè)計(jì)、千年校核，其功能也由單一的滯洪排沙作用變?yōu)榉篮椤⒐喔?、城市供水等綜合利用。

1970年水庫(kù)改擴(kuò)建后，調(diào)度運(yùn)用方式由“全年敞泄”變?yōu)椤岸畲悍?、汛期敞排”，每年可向盤(pán)錦等地提供5 000 萬(wàn)m3以上農(nóng)田灌溉用水，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。1994年加固后，水庫(kù)開(kāi)始承擔(dān)了阜新市30% 的城市供水任務(wù)，日平均供水4 萬(wàn)m3，已累計(jì)供水2.7 億m3，緩解了阜新市嚴(yán)重缺水的局面，成為了阜新市城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施［1］。

鬧德海水庫(kù)為河道型水庫(kù)，壩上4 km范圍內(nèi)是V 型峽谷段，兩岸山巖陡立，河谷寬50 ～100 m，峽谷上游為復(fù)式河槽，河寬為200 ～300 m，灘坎高1 m，河道較順直，再向上河道呈S 型彎，灘坎高1 ～3 m，兩岸灘坎間距可達(dá)1 200 ～1 500 m是“大肚子”河段，匯合口以上，新開(kāi)河河道有3個(gè)大彎，河寬200 ～250 m，而養(yǎng)畜牧河河道較順直，河寬300 ～400 m。鬧德海水庫(kù)為多泥沙河流水庫(kù)，為觀測(cè)水庫(kù)泥沙淤積情況，在庫(kù)區(qū)內(nèi)布設(shè)了67個(gè)橫斷面。見(jiàn)圖1 鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)測(cè)淤斷面分布示意圖。

圖1 鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)測(cè)淤斷面分布示意圖

2 問(wèn)題提出

2010年底，鬧德海水庫(kù)第四次除險(xiǎn)加固工程完工，庫(kù)水位觀測(cè)方法由單一的壩前水尺人工測(cè)讀更新為超聲波水位計(jì)監(jiān)測(cè)為主、水尺測(cè)讀為輔，即在右擋水壩頂上游側(cè)安裝了一個(gè)超聲波水位計(jì)，水位計(jì)通過(guò)電纜接入設(shè)在啟閉機(jī)室內(nèi)的DAU 測(cè)控單元，水位數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換納入自動(dòng)化觀測(cè)系統(tǒng)。超聲波水位計(jì)主要技術(shù)參數(shù)如下:①測(cè)量范圍:0.8 ～10 m;②測(cè)量精度:誤差≤3 cm，自動(dòng)進(jìn)行溫濕度——聲速補(bǔ)償;③盲區(qū):≤0.8 m;④分辨力:1 cm;⑤超聲換能器安裝高程預(yù)置:0 000.00m ～9 999.99 m;⑥測(cè)量數(shù)據(jù)在測(cè)量記錄儀的6 位LCD 液晶屏上顯示，同時(shí)被故態(tài)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量為8K 字節(jié);⑦電源:測(cè)量記錄儀:AC220V ±10% 或DC 12V ±10%;⑧超聲傳感器:DC 12V±10%;⑨超聲傳感器與測(cè)量記錄儀之間傳輸電纜的最大長(zhǎng)度為100 m;⑩測(cè)量記錄儀留有一個(gè)RS485 口以進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通訊?！?工作環(huán)境條件:溫度:－10° ～+50°;濕度:20% ～95%RH。

水面應(yīng)不結(jié)冰，超聲傳感器下方水面應(yīng)無(wú)大量水草等漂浮物。

可見(jiàn)，超聲波水位計(jì)不適用于冰凍期或有雜物干擾時(shí)觀測(cè)水位，也就是說(shuō)冬季結(jié)冰或遇有大洪水挾帶大量漂浮物時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確讀取水位值。通過(guò)摘錄近兩年自動(dòng)化測(cè)報(bào)系統(tǒng)采集的水位數(shù)據(jù)(表1 和表2)，可以看到冰凍期或有漂浮物時(shí)超聲波水位計(jì)傳輸?shù)乃恢禐?98.86 m，而水庫(kù)壩頂高程僅為194.00 m，顯然這個(gè)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。非冰凍期通過(guò)與水尺測(cè)讀數(shù)值相比，自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，然而超聲波水位計(jì)不能實(shí)現(xiàn)冰凍期或有雜物干擾情況下的監(jiān)測(cè)功能，給實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位帶來(lái)了不便。為真正實(shí)現(xiàn)水位監(jiān)測(cè)自動(dòng)化，動(dòng)態(tài)掌握水庫(kù)上游來(lái)水情況，科學(xué)進(jìn)行水庫(kù)調(diào)度，應(yīng)采用適用于北方地區(qū)且位于多泥沙河流上水庫(kù)實(shí)時(shí)水位監(jiān)測(cè)設(shè)備［2］。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)鬧德海水庫(kù)目前的實(shí)際情況，可考慮采用浮子水位計(jì)進(jìn)行冬季輔助觀測(cè)，即通過(guò)增設(shè)水位井和相應(yīng)配套觀察設(shè)備——安裝有RS485 數(shù)字通信接口(或4－ 20mA)的水位計(jì)，通過(guò)儀器的內(nèi)置式RS485 數(shù)字通信接口遠(yuǎn)距離傳輸信息，同時(shí)納入水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接收水位數(shù)據(jù)。

浮子水位計(jì)工作原理為以浮子感測(cè)水位變化，工作狀態(tài)下，浮子、平衡錘與懸索連接牢固，懸索懸掛在水位輪的“V”形槽中。平衡錘起拉緊懸索和平衡作用，調(diào)整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水線上。在水位不變的情況下，浮子與平衡錘兩邊的力是平衡的。當(dāng)水位上升時(shí)，浮子產(chǎn)生向上浮力，使平衡錘拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加;水位下降時(shí)，則浮子下沉，并拉動(dòng)懸索帶動(dòng)水位輪逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，水位編碼器的顯示器讀數(shù)減小。

由于浮子水位計(jì)觀測(cè)必須設(shè)置水位井，需要選擇岸坡穩(wěn)定、河床沖淤不大的低含沙河段，因此，考慮在大壩上游右岸約100 處(碼頭附近)堅(jiān)固巖石岸坡設(shè)置水位井，并將水位井安裝到庫(kù)底(一般在死水位以下即可)，井內(nèi)采用負(fù)30 號(hào)柴油灌注超過(guò)冰凍層來(lái)保持冬季井內(nèi)水面不結(jié)冰，從而確保冬季庫(kù)水結(jié)冰或漂浮物存在時(shí)能夠依然測(cè)得準(zhǔn)確的水位值。

表1 2012年全年逐日水位統(tǒng)計(jì)表

表2 2013年7月5日水位日?qǐng)?bào)表(洪水后有漂浮物)

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)水庫(kù)科學(xué)調(diào)度，水位觀測(cè)資料是不可或缺的基礎(chǔ)性資料。因此，在科技不斷發(fā)展進(jìn)步的今天，如何利用自動(dòng)化手段來(lái)獲得完整詳實(shí)可靠的水位數(shù)據(jù)，是水庫(kù)管理人員應(yīng)該研究的問(wèn)題。

［1］王然，游力潛. 多沙河流上安裝自記水位計(jì)的方法和經(jīng)驗(yàn)［J］. 人民黃河，1981(01):36－40.

［2］姚永熙. 水文儀器與水利水文自動(dòng)化［M］. 南京，河海大學(xué)出版社，2001:25－30.