疏勒河電站水環(huán)境生態(tài)流量監(jiān)測系統(tǒng)分析

胡玉海

甘肅省疏勒河流域水資源局，甘肅 玉門 735211

近年來，水電站建設(shè)發(fā)展迅速，促進了地方經(jīng)濟和社會發(fā)展，隨之也帶來一系列生態(tài)環(huán)境問題。一些水電站因生態(tài)水下泄流量不足造成部分河段減水、脫水甚至干涸，一定程度上影響了河流的正常生態(tài)功能和下游沿岸居民生活取水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取水等基本需求。目前，生態(tài)環(huán)境保護和水資源高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，為了強化祁連山生態(tài)保護的屏障作用，國家明確要求對水庫及水電站建設(shè)生產(chǎn)中引水河段必須泄放生態(tài)基流，保證河流所需要的自凈擴散能力，保護完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)和珍稀野生動植物資源，維護自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡。不因流量及水流形態(tài)發(fā)生巨大變化，造成水體污染，破壞自然環(huán)境的原始狀態(tài)，從而維持該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和水資源的可持續(xù)利用。

由于電站位于玉門市省級自然保護區(qū)內(nèi)，主要保護對象為濕地生態(tài)系統(tǒng)。為了避免水生態(tài)環(huán)境惡化，保證下游河道內(nèi)水生生物的生存和水生態(tài)系統(tǒng)的平衡，根據(jù)水行政主管部門要求，水電站必須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配套水電站引用水及下泄生態(tài)基流監(jiān)控系統(tǒng)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至水利廳監(jiān)控平臺，接受實時監(jiān)管。因此，為科學(xué)監(jiān)測下泄生態(tài)流量，在疏勒河?xùn)|沙河2#水電站尾水渠安裝生態(tài)流量實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，對下泄水量實時監(jiān)測，精準(zhǔn)計量，同時，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，了解掌握監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和水量下泄規(guī)律，為流域其他水電站生態(tài)環(huán)境及流量監(jiān)測提供數(shù)據(jù)依據(jù)和技術(shù)支撐[1]。

一、監(jiān)測技術(shù)原理

（一）監(jiān)測斷面設(shè)置

水電站流量監(jiān)測斷面選擇上，可在電站尾水渠泄水口設(shè)立監(jiān)測點，也可在水電站下游河道選擇合適斷面作為監(jiān)測斷面。對于河床式或壩后式水電站，監(jiān)測斷面應(yīng)設(shè)置在發(fā)電廠房尾水和水庫大壩下游；對于引水式水電站，監(jiān)測斷面應(yīng)設(shè)置在發(fā)電廠房尾水下游，由于東沙河2#水電站位于疏勒河昌馬舊總干渠上，通過引水渠發(fā)電生產(chǎn)，可在廠房尾水渠下游安裝監(jiān)測設(shè)備。

（二）監(jiān)測內(nèi)容

水電站下泄生態(tài)流量監(jiān)測以水情自動監(jiān)測為主，采用非接觸型智能一體式超聲波流量傳感器監(jiān)測下泄生態(tài)流量及引用水流量。主要監(jiān)測參數(shù)為水位、流量（多通過水位——流量關(guān)系曲線計算得出），還可以集成雨量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、圖像/視頻監(jiān)控、閘門監(jiān)控等功能，為流域生態(tài)保護、水政管理、水文水資源監(jiān)測等提供服務(wù)。在線監(jiān)測設(shè)備主要由遙測終端機、超聲波/雷達水位計、雨量筒、工業(yè)照相機等組成，在電站進水閘出水口和壓力前池及廠房尾水渠下游水勢較緩處采取一桿式安裝監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備，根據(jù)流量狀態(tài)變化發(fā)布最小生態(tài)流量警戒報文，自動、定時拍照并將照片儲存在調(diào)度中心監(jiān)測系統(tǒng)。

（三）系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

疏勒河?xùn)|沙河2#電站渠道引泄水流量監(jiān)測系統(tǒng)，由現(xiàn)場傳感器顯示瞬間流量、累計流量、水位、流速。通過架設(shè)數(shù)字視頻攝像頭，實現(xiàn)對測點處流量的實時圖像監(jiān)測，通過現(xiàn)地光纖設(shè)置單獨內(nèi)網(wǎng)傳輸?shù)缴鷳B(tài)水集控系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)及視頻實時顯示。并由生態(tài)水集控系統(tǒng)最終生成具有歷史曲線、報表管理、日志管理的流量數(shù)據(jù)電子臺賬?，F(xiàn)場監(jiān)測點信息采集與傳輸設(shè)備完成信息的實時采集，并將數(shù)據(jù)以光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂剖遥秒娬究刂剖覂?nèi)現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸{(diào)度中心生態(tài)水集控系統(tǒng)，然后再通過光纜或者互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)秸O(jiān)管部門監(jiān)管平臺[2]。

二、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

由于疏勒河流域年徑流量分配不均，多年平均徑流量為10.31億m3/s。11月中旬至3月中旬4個月內(nèi)屬非灌溉引水期，除保障四〇四取水口用水量和昌馬大壩前生態(tài)水補給外，昌馬梯級電站暫不引水。春灌期4月份來水量占比較小，占年平均徑流量5.1%，夏灌期5月、6月來水量占19.6%，洪水一般發(fā)生在每年的7至8月，最晚至9月份，期間來水量占年來水量的44.2%，秋冬灌溉期9、10、11月份來水量比例較大占疏勒河引水量的31.1%。生態(tài)流量系統(tǒng)投入運行以后，通過年內(nèi)各月份下泄流量不同，實時采集引水渠和尾水渠的水位、流速、時流量、累計水量等水情信息，比對電站流量年內(nèi)監(jiān)測和日內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

圖1 電站流量監(jiān)測年內(nèi)

圖2 日內(nèi)監(jiān)測數(shù)據(jù)

通過對近一年東沙河2#水電站引水渠、尾水渠流量觀測數(shù)據(jù)分析，從年內(nèi)來看，引入水量經(jīng)過水輪機生產(chǎn)發(fā)電之后，產(chǎn)生少量損耗并從尾水渠下泄，引水渠流量變化和尾水渠流量變化趨勢呈現(xiàn)一致，從實時監(jiān)測情況來看，引水渠監(jiān)測流量和尾水渠監(jiān)測流量說明監(jiān)測設(shè)備準(zhǔn)確可靠，能夠準(zhǔn)確計量水電站下泄流量。隨著流量監(jiān)測系統(tǒng)投入使用時間越來越長，監(jiān)測的引泄水實時流量數(shù)據(jù)與東沙河2#電站實際值大致一樣，說明東沙河2#電站引泄水流量監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足上級對引泄水流量精確監(jiān)測、監(jiān)管的要求[3]。

三、研究結(jié)論

科學(xué)監(jiān)測下泄生態(tài)流量，需要精準(zhǔn)的監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備，在疏勒河?xùn)|沙河2#水電站尾水渠安裝的生態(tài)流量實時在線監(jiān)測系統(tǒng)，對下泄水量能夠?qū)崟r監(jiān)測精準(zhǔn)計量，同時，還能對出現(xiàn)最小及超標(biāo)流量進行報警，可以遠程云臺控制架設(shè)在引用水、前池、尾水流量視頻監(jiān)視設(shè)備，更加直觀準(zhǔn)確地顯示引泄水流量動態(tài)圖像，并且抓拍實時畫面，存儲記錄，相互印證。東沙河2#電站引泄水流量監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足上級對引泄水流量精確監(jiān)測、監(jiān)管的要求，監(jiān)測系統(tǒng)和設(shè)備可靠精準(zhǔn)，可以在流域其他水電站生態(tài)流量監(jiān)測中應(yīng)用。