淺談三岔湖水庫(kù)水文信息自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

楊 津,鄧 懿

(四川省成都水文水資源勘測(cè)中心,成都 611130)

1 三岔湖水庫(kù)及水文監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備現(xiàn)狀

三岔湖水庫(kù)位于四川省成都市東部新區(qū)三岔鎮(zhèn),屬沱江一級(jí)支流絳溪河上游,是四川省第二大人工湖泊,蓄水量超過(guò)杭州西湖3倍,水質(zhì)為地表III類,部分水域達(dá)地表Ⅱ類,240 km湖岸線,濕地面積達(dá)3 km2,管理單位為東部新區(qū)三岔湖管理局。

三岔湖水庫(kù)有進(jìn)水口1處、出水口3處,分別為低放水洞、高放水洞、溢洪道,都是渠化河道,測(cè)驗(yàn)斷面穩(wěn)定,需要觀測(cè)并上報(bào)的水文信息分別為進(jìn)出口流量信息、水庫(kù)庫(kù)容水位及雨量信息。其中,僅有進(jìn)水口和低放水洞分別布設(shè)有斜式水尺作為水位觀測(cè)設(shè)施,通過(guò)人工讀取水尺讀數(shù)得出水位,用水位流量過(guò)程線查出水位對(duì)應(yīng)的流量;庫(kù)容水位及雨量也是通過(guò)人工觀測(cè)。

2 水文信息自動(dòng)化監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

三岔湖水庫(kù)在水資源管理及調(diào)度、生態(tài)流量監(jiān)測(cè)、水旱災(zāi)害防御能力等方面存在的主要問(wèn)題是水文信息收集依然靠人工收集、整理、合成后上報(bào)省級(jí)平臺(tái),無(wú)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備,人工成本高、準(zhǔn)確度不高且實(shí)時(shí)率較低,主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

2.1 水位過(guò)高時(shí)回水造成數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度低

進(jìn)水口觀測(cè)斷面僅有斜式水尺用于人工觀測(cè),現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方式為人工讀取水尺讀數(shù)得出水位,按照水位流量過(guò)程線查線方式得出實(shí)時(shí)流量,河道雖然絕大部分時(shí)間流態(tài)正常,按此方法得出流量尚屬準(zhǔn)確,但主汛期高洪水庫(kù)庫(kù)水位過(guò)高時(shí),進(jìn)水口會(huì)形成壅水,回水區(qū)域約2 km,在回水區(qū)內(nèi)會(huì)形成水位抬高、流量降低的情況,前述監(jiān)測(cè)方式實(shí)得流量會(huì)不準(zhǔn);而回水區(qū)域范圍內(nèi)有多處明、暗渠引水用于農(nóng)業(yè)灌溉等,這部分引水流量無(wú)法納入自動(dòng)監(jiān)測(cè),在回水區(qū)域以外布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)備,也會(huì)造成入庫(kù)流量計(jì)算不準(zhǔn)。

高放水洞閘門平時(shí)是關(guān)閉狀態(tài),在有引水農(nóng)業(yè)灌溉、泄洪等任務(wù)時(shí),才會(huì)開啟閘門放水。高放水洞渠道寬度僅2～3 m,從水庫(kù)閘門出水口出來(lái)后僅100 m左右就有分水渠道,且分水渠道還有閘門控制,會(huì)造成一定程度的頂托和壅水情況。此處出水口無(wú)人工觀測(cè)設(shè)施、自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備,僅由閘門開啟程度計(jì)算出庫(kù)流量,準(zhǔn)確度不高。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集上報(bào)時(shí)效性較差

低放水洞河道觀測(cè)條件良好,流態(tài)正常,現(xiàn)有監(jiān)測(cè)方式為人工讀取水尺讀數(shù)得出水位,按照水位流量過(guò)程線查線方式得出實(shí)時(shí)流量;溢洪道閘門平時(shí)是關(guān)閉狀態(tài),在有泄洪任務(wù)時(shí),才會(huì)開啟閘門放水,無(wú)人工觀測(cè)設(shè)施、自動(dòng)觀測(cè)設(shè)備,僅由閘門開啟程度計(jì)算出庫(kù)流量,準(zhǔn)確度不高。此兩處流量信息需要與進(jìn)水口、高放水洞、庫(kù)容水位、雨量等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)合成一起上報(bào),不僅對(duì)專業(yè)技術(shù)要求較高,還對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性影響較大,工作效率較低、時(shí)效性較差。

3 水文信息自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的措施及效能

“十四五”水安全保障規(guī)劃和水文現(xiàn)代化建設(shè)規(guī)劃等明確要求要圍繞保障及提升四個(gè)能力：水旱災(zāi)害防御能力、水資源集約安全利用能力、水資源優(yōu)化配置能力、大江大河大湖生態(tài)保護(hù)治理能力。而保障四個(gè)能力最關(guān)鍵的就是水文信息的收集、利用?？焖佟?zhǔn)確地收集水文信息,對(duì)行政決策和管理效能具有極大地提升。

針對(duì)三岔湖水庫(kù),在進(jìn)水口、高低放水洞、溢洪道設(shè)計(jì)建設(shè)水文信息自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備,是水利管理的必然趨勢(shì)和要求。在水庫(kù)大壩處設(shè)計(jì)建設(shè)水位、雨量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備,在管理站房布設(shè)自動(dòng)化處理平臺(tái),各處自動(dòng)化設(shè)備采集數(shù)據(jù)發(fā)送至處理平臺(tái),由平臺(tái)接收、處理、整合后,推送至省級(jí)平臺(tái),通過(guò)安裝相應(yīng)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備,水文信息測(cè)報(bào)準(zhǔn)確性及效能將得到極大提升。

3.1 對(duì)數(shù)據(jù)真實(shí)性和準(zhǔn)確性的提升

進(jìn)水口和高放水洞高洪時(shí)有頂托和壅水情況,回水區(qū)域有引水情況,可避開引水渠道或放水引起浪花的同時(shí),在順直河道處布設(shè)雷達(dá)波流速儀集成(如圖1),主要設(shè)備為雷達(dá)波流速儀探頭、自動(dòng)水位計(jì)、流量計(jì)算模塊(FTU)、遙測(cè)終端(RTU)等,負(fù)責(zé)采集水位、流速等要素,加上提前測(cè)出的河道斷面數(shù)據(jù),用流量計(jì)算模塊(FTU)計(jì)算出實(shí)時(shí)流量,再通過(guò)遙測(cè)終端(RTU)發(fā)送至處理平臺(tái),供電系統(tǒng)采用太陽(yáng)能,配套有太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器等。用雷達(dá)波流速儀集成來(lái)自動(dòng)監(jiān)測(cè)進(jìn)水口實(shí)時(shí)流量的優(yōu)勢(shì)在于雷達(dá)波技術(shù)成熟、造價(jià)低,遇高洪發(fā)生頂托和壅水情況時(shí),斷面水位抬高,但流速變緩甚至沒有,極大地提高了當(dāng)前河道水資源流量數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性[1]。

圖1 雷達(dá)波流速儀集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 對(duì)節(jié)約成本效能和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的提升

低放水洞與溢洪道河道條件都較好,測(cè)驗(yàn)斷面非常穩(wěn)定,可以在這兩處選擇水位流量過(guò)程線查線方式得出實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù),布設(shè)一套水位一體化集成(如圖2)即可,具體建設(shè)內(nèi)容為在合適位置布設(shè)自動(dòng)水位計(jì)、遙測(cè)終端(RTU)等主要設(shè)備,配套有太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器等太陽(yáng)能供電系統(tǒng),負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位發(fā)送至處理平臺(tái),處理平臺(tái)根據(jù)提前預(yù)設(shè)的水位流量過(guò)程線,查線得出實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù),既減少了人力成本,又提高了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

圖2 水位(雨量)一體化集成結(jié)構(gòu)

3.3 對(duì)數(shù)據(jù)收集時(shí)效性的提升

水庫(kù)庫(kù)容水位、雨量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)相對(duì)簡(jiǎn)單,在原人工水尺觀測(cè)處選擇較空曠位置布設(shè)自動(dòng)水位計(jì)、翻斗雨量計(jì)、遙測(cè)終端(RTU)等主要設(shè)備,配套有太陽(yáng)能電池板、蓄電池、控制器等太陽(yáng)能供電系統(tǒng),負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位、雨量信息。

考慮水庫(kù)進(jìn)出口流量、庫(kù)容水位、雨量必須合成上報(bào)省級(jí)平臺(tái),因此還應(yīng)設(shè)計(jì)處理平臺(tái),平臺(tái)滿足查看各站點(diǎn)實(shí)時(shí)水位、流量、雨量數(shù)據(jù)的要求,也必須有對(duì)各站數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、整理、合成、推送的功能。這樣分站點(diǎn)設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè),再設(shè)計(jì)處理平臺(tái)進(jìn)行處理的模式可以提高工作效率,減少人力成本,提高河道水資源流量數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性[2]。信息自動(dòng)化傳輸路徑如圖3所示。

圖3 三岔湖水庫(kù)水文信息自動(dòng)化傳輸路徑

4 結(jié)語(yǔ)

三岔湖水庫(kù)從技術(shù)手段上實(shí)現(xiàn)水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化,將能更全面、準(zhǔn)確地監(jiān)控水雨情信息,為東部新區(qū)水行政部門在水資源管理、防汛抗旱等方面提供快捷、可靠的水文信息,可以更好地服務(wù)于水資源管理和優(yōu)化水資源調(diào)度工作,為成都市水資源管理部門結(jié)合重點(diǎn)引調(diào)水工程,為有關(guān)部門采取有效措施控制洪水災(zāi)情、合理調(diào)度開發(fā)水資源提供依據(jù)和支撐。同時(shí),也是落實(shí)最嚴(yán)格的水資源管理制度,著力改變當(dāng)前水資源過(guò)度開發(fā)、用水浪費(fèi)等突出問(wèn)題的實(shí)際需要。