王省山 苑曉倩

(1.遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽 110166；2.遼寧省石佛寺水庫工程建設(shè)管理局，遼寧 沈陽 110166)

淺談地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)在石佛寺水庫的應(yīng)用

王省山1苑曉倩2

(1.遼寧省大伙房水庫輸水工程建設(shè)局， 遼寧 沈陽 110166；2.遼寧省石佛寺水庫工程建設(shè)管理局，遼寧 沈陽 110166)

本文介紹了由中心控制站和地下水位遙測站組成的石佛寺水庫地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)，及該系統(tǒng)在實(shí)時(shí)采集地下水位數(shù)據(jù)時(shí)，對所需數(shù)據(jù)進(jìn)行的加工整理、建立的地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)庫等特征，意在為水庫的日常運(yùn)行管理、維修養(yǎng)護(hù)、防洪調(diào)度提供客觀、準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。

石佛寺水庫； 地下水位； 自動監(jiān)測系統(tǒng)； 應(yīng)用

1 工程概況

石佛寺水庫壩址位于沈陽市新城子區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)。水庫主副壩全長42.60km，泄洪閘16孔。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)100年一遇，洪水校核標(biāo)準(zhǔn)300年一遇；相應(yīng)設(shè)計(jì)洪水位50.22m，滯洪庫容1.60億m3，校核洪水位50.69m，總庫容1.85億m3，工程等級為Ⅱ等2級，設(shè)計(jì)防震烈度為Ⅶ度。石佛寺水庫是一座以解決遼河干流防洪為主，調(diào)節(jié)本流域徑流、遠(yuǎn)景擔(dān)負(fù)“北水南調(diào)”的反調(diào)節(jié)任務(wù)的大型平原水庫。

2 系統(tǒng)研究目的

石佛寺水庫主要功能是滯洪。水庫左岸主壩18.3km，右岸副壩20.6km。為節(jié)約投資，在確保壩體和壩基滲透穩(wěn)定的前提下，僅少部分壩基做防滲處理。在水庫滯洪運(yùn)用期和蓄水試驗(yàn)期，出現(xiàn)了一定程度淹沒壩外農(nóng)田的現(xiàn)象。同時(shí)，該地區(qū)地下水資源較為富集，地下水與地表水聯(lián)系非常密切。為準(zhǔn)確評價(jià)石佛寺水庫地下水、地表水的補(bǔ)、排關(guān)系，研究運(yùn)行時(shí)水庫對庫外的浸沒影響，需要通過監(jiān)測設(shè)備對庫區(qū)內(nèi)、外進(jìn)行地下水位監(jiān)測。要求設(shè)備自動采集、記錄、整理日內(nèi)最低、最高地下水位數(shù)據(jù)及其發(fā)生時(shí)間，及時(shí)、客觀反映地下水位的動態(tài)變化情況，為適當(dāng)蓄水和水資源開發(fā)利用積累可靠的基礎(chǔ)資料。

3 地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括1個中心控制站和10個地下水位遙測站。10個地下水位遙測站分別布設(shè)在兩個監(jiān)測斷面，其中6個遙測站在庫區(qū)內(nèi)，4個遙測站在庫區(qū)外(見圖1)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.1 中心控制站

中心控制站設(shè)于石佛寺水庫管理局綜合管理樓，由HSST—2002ZZ主站通信單元、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及中心控制柜等組成。專用管理軟件可實(shí)現(xiàn)對各地下水位遙測站的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，具有數(shù)據(jù)查詢、共享和打印等功能。軟件可根據(jù)用戶需求隨時(shí)(或定時(shí))與智能遙測終端進(jìn)行連接，完成對遙測站的數(shù)據(jù)采集和匯總及所要求的各種數(shù)據(jù)的存儲、備份、制成報(bào)表、繪制變化圖等，綜合分析水位變化。同時(shí)，應(yīng)用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)多級、多管段監(jiān)控。

3.1.2 地下水位遙測站

遙測站為無人值守站，根據(jù)設(shè)計(jì)洪水位(50.22m)確定監(jiān)測井高程，可自動實(shí)時(shí)采集、存儲地下水位數(shù)據(jù)，并以超短波頻率傳輸?shù)街行目刂普?。庫區(qū)內(nèi)6眼監(jiān)測井井口高程在50m左右，庫區(qū)外4眼監(jiān)測井井口高程在46～48m之間，監(jiān)測井井口高于地面2m，監(jiān)測點(diǎn)井深12m，開孔直徑0.30m。監(jiān)測井加高鋼管采用鍍鋅鋼管，直徑0.22m，高度約4m。每個遙測站安裝的地下水位自動采集設(shè)備由光電式浮子水位計(jì)、智能遙測終端、太陽能電池、充電控制器及蓄電池等構(gòu)成。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)基本功能包括水位即時(shí)(歷史)數(shù)據(jù)手動及時(shí)/定時(shí)自動抄錄，水位數(shù)據(jù)定時(shí)/實(shí)時(shí)上傳，水位及時(shí)(歷史)數(shù)據(jù)組合抄錄，水位數(shù)據(jù)定點(diǎn)、定組實(shí)時(shí)監(jiān)控，水位數(shù)據(jù)綜合查詢、分時(shí)段水位數(shù)據(jù)查詢、水位變化分析與報(bào)表處理等17項(xiàng)功能。

擴(kuò)展功能可根據(jù)用戶的不同要求定制，以滿足如電子地圖繪制、安全管理、遠(yuǎn)程維護(hù)管理、綜合數(shù)據(jù)自動上報(bào)、局域網(wǎng)接入及數(shù)據(jù)共享、網(wǎng)絡(luò)PDA終端配套，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隨身查詢等8項(xiàng)功能。

3.3 配套設(shè)施

3.3.1 智能遙測終端

石佛寺水庫地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)的智能遙測終端安裝在庫區(qū)地下水位監(jiān)測點(diǎn)，型號為HSST-2002WZ。終端實(shí)時(shí)監(jiān)測地下水位的動態(tài)變化，并完成水位數(shù)據(jù)的數(shù)字存儲、處理工作。智能遙測終端電路采取模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功耗較低，具有定時(shí)存儲地下水位數(shù)據(jù)，定時(shí)自動上傳或按管理中心指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送、接受管理中心指令靈活的參數(shù)設(shè)定與更改、電源監(jiān)控及電源供電情況記錄、數(shù)據(jù)掉電保護(hù)不丟失等功能(見下頁圖2)。

圖2 智能遙測終端

3.3.2 光電式浮子水位計(jì)

GD系列光電式浮子水位計(jì)集光、機(jī)、電等精密技術(shù)于一體，通過光電轉(zhuǎn)換，將輸出軸的角位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量。當(dāng)碼盤轉(zhuǎn)動時(shí)，可連續(xù)輸出與碼盤旋轉(zhuǎn)位置相對應(yīng)的一組二進(jìn)制編碼，以此確認(rèn)絕對位置。該水位計(jì)具有旋轉(zhuǎn)阻力小、體積小、量程大、斷電記憶、跟蹤測量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)(見圖3)。

圖3 光電式浮子水位計(jì)

3.3.3 太陽能電池

根據(jù)太陽能電池所用材料、生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)的不同，主要可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅三種。石佛寺水庫地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)使用單晶硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高(轉(zhuǎn)換效率13%～15%，有的已達(dá)到20%以上)、面積小、輸出功率大、穩(wěn)定性好，使用一般可達(dá)20年以上。

3.3.4 設(shè)備保護(hù)裝置

為確保遙測站設(shè)備的安全，總結(jié)以往水位監(jiān)測系統(tǒng)的施工及設(shè)備處理經(jīng)驗(yàn)，特制定如下措施：?現(xiàn)場設(shè)備放入鋼制保護(hù)桶中，加鎖保護(hù)；?保護(hù)桶架高，防止人為損壞；?太陽能電池架高，防止人為損壞；?天線采用高增益超短天線，避免雷擊(見圖4)。

圖4 保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)

4 地下水監(jiān)測的規(guī)范要求

a.按規(guī)范要求進(jìn)行定期觀測，并有專門記錄。地下水位監(jiān)測系統(tǒng)每天上午8：00自動觀測一次，汛期根據(jù)實(shí)際情況加密監(jiān)測。專門記錄，每月對上月的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、保存。

b.觀測資料內(nèi)容齊全，符合規(guī)范要求。根據(jù)現(xiàn)行《地下水監(jiān)測規(guī)范》中水位資料整編的要求編制石佛寺水庫地下水位統(tǒng)計(jì)表、石佛寺水庫地下水位逐日監(jiān)測成果表、石佛寺水庫地下水位歷時(shí)曲線圖，并對成果進(jìn)行校核和審查。觀測資料工序齊全，符合規(guī)范要求。

c.按規(guī)范要求進(jìn)行初步分析，提出分析意見；形成電子文檔，用計(jì)算機(jī)按時(shí)整編成冊。利用計(jì)算機(jī)地下水位監(jiān)測系統(tǒng)軟件及輔助軟件對測值進(jìn)行了整編，繪制了地下水位歷時(shí)曲線圖,形成電子文檔并按時(shí)整編成冊。根據(jù)資料整編成果，結(jié)合水庫的實(shí)際情況，形成數(shù)據(jù)分析意見。

d.發(fā)現(xiàn)工程出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或問題，立即上報(bào)并加密監(jiān)測次數(shù)。定期對監(jiān)測系統(tǒng)軟、硬件進(jìn)行維護(hù)、巡查。發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，對重大問題及時(shí)上報(bào)。

e.每年5月前整理完上年觀測資料，并對資料進(jìn)行分析，形成分析報(bào)告。每年5月前完成上一年的的數(shù)據(jù)分析工作，并畫出各測點(diǎn)的歷時(shí)曲線圖，分析地下水同地表水變化的規(guī)律，以及地表水與地下水補(bǔ)給關(guān)系。并將分析成果整編成冊。

5 結(jié) 語

地下水位監(jiān)測是水庫日常管理的一項(xiàng)常規(guī)性、基礎(chǔ)性工作，在水庫建設(shè)、水庫管理、防洪調(diào)度和水庫安全等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。此前，部分地下水位監(jiān)測工作一直依靠人工進(jìn)行，不可避免地存在“數(shù)據(jù)受人為因素影響、監(jiān)測及時(shí)性無法確保、精確度較低、費(fèi)用較高、管理復(fù)雜”等諸多缺點(diǎn)，監(jiān)測頻率也因種種客觀因素難以提高，導(dǎo)致地下水位數(shù)據(jù)的可信性、可用性較低。

地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)在石佛寺水庫的成功應(yīng)用，不僅實(shí)時(shí)監(jiān)測了地下水位的數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)水庫運(yùn)行單位的需要，存儲、加工、整理、匯總地下水位數(shù)據(jù)，并建立了石佛寺地下水位監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，配合水庫的雨情、水情預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，為水庫的運(yùn)行、管理提供了客觀可靠的技術(shù)支撐和科學(xué)保障。

Brief discussion on application of underground water level auto monitoring system in Shifosi Reservoir

WANG Xingshan, YUAN Xiaoqian

(1.LiaoningDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectConstructionBureau,Shengyang110166,China;2.LiaoningShifosiReservoirEngineeringConstructionBureau,Shenyang110166,China)

The underground water level auto monitoring system in Shifosi Reservoir organized by the Center Control Station and the Underground Water Level Telemetering Station, as well as its features of processing and sorting of required data, and underground water level monitoring database when the system collects underground water level data at real time are introduced in the paper. It is intended to provide objective and accurate scientific bases for daily operation management, maintenance and flood control scheduling at reservoirs.

Shifosi Reservoir; underground water level; auto monitoring system; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.011

TV522

A

1005-4774(2015)03-0043-04