蘇秀穎

(遼寧省鬧德海水庫管理局，遼寧 阜新123000)

1 水庫概況

鬧德海水庫位于柳河上游、彰武縣滿堂紅鄉(xiāng)，與內(nèi)蒙古庫倫旗交界，控制流域面積4 051 km2，最大庫容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、千年校核，其功能也由單一的滯洪排沙作用變?yōu)榉篮?、灌溉、城市供水等綜合利用。

1970年水庫改擴建后，調(diào)度運用方式由“全年敞泄”變?yōu)椤岸畲悍?、汛期敞排”，每年可向盤錦等地提供5 000 萬m3以上農(nóng)田灌溉用水，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。1994年加固后，水庫開始承擔(dān)了阜新市30% 的城市供水任務(wù)，日平均供水4 萬m3，已累計供水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］。

鬧德海水庫為河道型水庫，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，新開河河道有3個大彎，河寬200 ～250 m，而養(yǎng)畜牧河河道較順直，河寬300 ～400 m。鬧德海水庫為多泥沙河流水庫，為觀測水庫泥沙淤積情況，在庫區(qū)內(nèi)布設(shè)了67個橫斷面。見圖1 鬧德海水庫庫區(qū)測淤斷面分布示意圖。

圖1 鬧德海水庫庫區(qū)測淤斷面分布示意圖

2 問題提出

2010年底，鬧德海水庫第四次除險加固工程完工，庫水位觀測方法由單一的壩前水尺人工測讀更新為超聲波水位計監(jiān)測為主、水尺測讀為輔，即在右擋水壩頂上游側(cè)安裝了一個超聲波水位計，水位計通過電纜接入設(shè)在啟閉機室內(nèi)的DAU 測控單元，水位數(shù)據(jù)信號通過轉(zhuǎn)換納入自動化觀測系統(tǒng)。超聲波水位計主要技術(shù)參數(shù)如下:①測量范圍:0.8 ～10 m;②測量精度:誤差≤3 cm，自動進(jìn)行溫濕度——聲速補償;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測量數(shù)據(jù)在測量記錄儀的6 位LCD 液晶屏上顯示，同時被故態(tài)存儲，存儲容量為8K 字節(jié);⑦電源:測量記錄儀:AC220V ±10% 或DC 12V ±10%;⑧超聲傳感器:DC 12V±10%;⑨超聲傳感器與測量記錄儀之間傳輸電纜的最大長度為100 m;⑩測量記錄儀留有一個RS485 口以進(jìn)行測量數(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)無大量水草等漂浮物。

可見，超聲波水位計不適用于冰凍期或有雜物干擾時觀測水位，也就是說冬季結(jié)冰或遇有大洪水挾帶大量漂浮物時無法準(zhǔn)確讀取水位值。通過摘錄近兩年自動化測報系統(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超聲波水位計傳輸?shù)乃恢禐?98.86 m，而水庫壩頂高程僅為194.00 m，顯然這個數(shù)據(jù)是錯誤的。非冰凍期通過與水尺測讀數(shù)值相比，自動采集的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，然而超聲波水位計不能實現(xiàn)冰凍期或有雜物干擾情況下的監(jiān)測功能，給實時監(jiān)測水位帶來了不便。為真正實現(xiàn)水位監(jiān)測自動化，動態(tài)掌握水庫上游來水情況，科學(xué)進(jìn)行水庫調(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實時水位監(jiān)測設(shè)備［2］。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)鬧德海水庫目前的實際情況，可考慮采用浮子水位計進(jìn)行冬季輔助觀測，即通過增設(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，通過儀器的內(nèi)置式RS485 數(shù)字通信接口遠(yuǎn)距離傳輸信息，同時納入水文自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)自動接收水位數(shù)據(jù)。

浮子水位計工作原理為以浮子感測水位變化，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，浮子產(chǎn)生向上浮力，使平衡錘拉動懸索帶動水位輪作順時針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加;水位下降時，則浮子下沉，并拉動懸索帶動水位輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示器讀數(shù)減小。

由于浮子水位計觀測必須設(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)堅固巖石岸坡設(shè)置水位井，并將水位井安裝到庫底(一般在死水位以下即可)，井內(nèi)采用負(fù)30 號柴油灌注超過冰凍層來保持冬季井內(nèi)水面不結(jié)冰，從而確保冬季庫水結(jié)冰或漂浮物存在時能夠依然測得準(zhǔn)確的水位值。

表1 2012年全年逐日水位統(tǒng)計表

表2 2013年7月5日水位日報表(洪水后有漂浮物)

4 結(jié) 語

實現(xiàn)水庫科學(xué)調(diào)度，水位觀測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，如何利用自動化手段來獲得完整詳實可靠的水位數(shù)據(jù)，是水庫管理人員應(yīng)該研究的問題。

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

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