石佛寺水庫地下水監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用與成果分析

董福君

(遼寧省石佛寺水庫管理局 沈陽 110129)

1 工程概況

石佛寺水庫是遼河干流上唯一一座大型控制性水利工程，壩址位于沈陽市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)，距沈陽市區(qū)約47km。壩址以上流域面積164786km2。石佛寺水庫一期工程總庫容約1.85億m3，保護(hù)農(nóng)田面積28.74萬 hm2。庫區(qū)淹沒范圍為50.41km2，回水長度21.17km。淹沒區(qū)涉及沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)，法庫縣依牛堡鄉(xiāng)和鐵嶺縣新臺子鎮(zhèn)、阿吉鎮(zhèn)、凡河鎮(zhèn)共3個縣區(qū)、5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、24個自然屯。工程等級為Ⅱ等，永久性建筑物為2級，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇洪水設(shè)計、300年一遇洪水校核。水庫主副壩全長42.6km，泄洪閘16孔，總寬248.5m。

2 地形地貌及地層巖性

石佛寺水庫庫區(qū)位于下遼河斷陷平原遼河沖洪積扇的中部。在地貌成因類型上，該區(qū)域?qū)儆诙逊e地形和剝蝕堆積地形。該區(qū)第四系堆積以黏性土為主，含水層巖組為細(xì)中砂與礫砂，含水層的透水性、富水性在區(qū)內(nèi)展示均有不同。該工程作業(yè)范圍約13km2，水庫局部地區(qū)及左右兩岸堤壩外處，地形平坦，地貌單一，主要巖性為粉質(zhì)黏土、黏土、細(xì)砂、中砂、粗砂、礫砂等。

3 設(shè)計目的

石佛寺水庫樞紐工程的主要功能是滯洪，鑒于其壩線較長，在保證壩體和壩基滲透穩(wěn)定的前提下，為降低工程造價，絕大多數(shù)壩基未做防滲處理。因此在滯洪運用期將對壩外農(nóng)田造成一定程度的淹沒現(xiàn)象，為此在壩外設(shè)立地下水監(jiān)測點;同時該區(qū)地下水富集程度較高，地表水與地下水聯(lián)系密切。為適當(dāng)蓄水和對水資源開發(fā)利用積累可靠基礎(chǔ)資料，準(zhǔn)確評價石佛寺水庫地表水、地下水補(bǔ)排關(guān)系以及低水位運行對庫外的浸沒影響，在石佛寺主壩與魯家大橋間左右岸布設(shè)兩排地下水位動態(tài)觀測斷面，通過自動監(jiān)測設(shè)備自動采集數(shù)據(jù)，記錄日內(nèi)最高、最低地下水位及發(fā)生時間，反映地下水的動態(tài)變化規(guī)律。

4 地下水監(jiān)測系統(tǒng)概況

石佛寺水庫地下水位監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)共設(shè)1個中心控制站和10個水位監(jiān)測點，其中水位監(jiān)測點分別布設(shè)在2個觀測斷面，6個監(jiān)測點在庫區(qū)內(nèi)、4個監(jiān)測點在庫外。石佛寺水庫一期樞紐工程地下水監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測井高程按100年一遇洪水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計水位(汛后水位)50.22m，地下水監(jiān)測系統(tǒng)壩區(qū)內(nèi)6眼監(jiān)測井井口高程為50.00m，堤外觀測井井口距地面2m。觀測點井深12m。開孔直徑300mm，觀測井采用鍍鋅鋼管，直徑219mm。系統(tǒng)前端測量設(shè)備采用浮子式水位計，以蓄電池供電，太陽能板不間斷充電，通過超短波固定的無線頻點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。該工程于2006年6月開工，2006年12月完工，2007年正式投入使用。監(jiān)測井布置圖見圖1，監(jiān)測井結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖1 石佛寺水庫地下水位監(jiān)測井平面位置

圖2 監(jiān)測井結(jié)構(gòu)

地下水水位自動采集設(shè)備由浮子式液位傳感器，配用旋轉(zhuǎn)編碼器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)傳電臺、太陽能電源及防護(hù)箱等幾部分構(gòu)成，遙測站為無人值守站，自動實時采集、存儲，以超短波(VHF)的頻率測報發(fā)送水位至中心站。上傳數(shù)據(jù)直接進(jìn)入水情自動測報系統(tǒng)中心站。中心站設(shè)于石佛寺水庫建設(shè)管理局壩上綜合樓。應(yīng)用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)打印等功能。

5 地下水監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

5.1 地下水與庫水位相關(guān)分析

系統(tǒng)于2007年1月正式投入運行，測次為每天一次。以一個斷面中所選兩個壩內(nèi)測點JC2、JC4和兩個壩外測點JC1、JC5(每個測點值為月均值，庫水位為月均值)的測值結(jié)果畫出了石佛寺水庫地下水與庫水位對比過程線，見圖3、圖4。

圖3 庫外地下水位與庫水位對比過程線

圖4 庫內(nèi)地下水位與庫水位對比過程線

從圖3、圖4可以看出，地下水位變化具有周期性的特點，7～9月地下水位為年內(nèi)最高，1～4月地下水位為年內(nèi)最低。石佛寺水庫是純滯洪水庫，平時為16孔閘門處于敞泄?fàn)顟B(tài)，汛期根據(jù)防汛調(diào)度及下游農(nóng)田需要隨時調(diào)節(jié)。水庫于2009年開發(fā)濕地建設(shè)工程，2009年5月25日開始蓄水，最高水位46.20m，地下水水位隨著水庫蓄水有升高的趨勢，兩測點由于布設(shè)的位置不同、地面高程不同、周圍環(huán)境不同而出現(xiàn)明顯差異。JC1測點位于右堤庫外，庫水位較高時，地表水補(bǔ)給地下水，庫水位較低時，地下水與庫水位是補(bǔ)排關(guān)系。2009年5月蓄水之前，地下水變化較庫水位略有滯后，蓄水以后，地下水與庫水位變化基本一致。JC5測點位于左堤庫外，高水位時地表水補(bǔ)給地下水，低水位時地下水補(bǔ)給地表水，此處地下水相對JC1和庫內(nèi)測點較高，是因為堤外測點受萬泉河河水補(bǔ)給的影響。JC2測點位于庫內(nèi)，距離遼河河道較近，變化規(guī)律同庫水位的變化規(guī)律基本一致，2009年5月蓄水前，變化較庫水位變化略有滯后，蓄水后，變化規(guī)律同庫水位變化一致。呈現(xiàn)出庫水位較低時，地下水補(bǔ)給河道，庫水位較高時，庫水位同地下水位接近或補(bǔ)給地下水。JC4地下水水位明顯高于JC2，說明此處承壓層含水壓力較大。

5.2 地下水水位等值線圖分析

區(qū)域內(nèi)地下水的水文地質(zhì)狀況可分為基巖裂隙水及第四系松散巖類孔隙潛水或微承壓水兩大類。基巖裂隙水分布于遼河左右岸的零星殘山及崗地，松散巖類孔隙潛水多分布于河漫灘處，微承壓水多分布于高漫灘及階地處。以2009年1月、7月各測點地下水水位月均值畫出等值線圖，見圖5、圖6。從中可以看出，河堤右岸主要分布基巖裂隙水，水量不豐，地下水水位變化大。庫區(qū)內(nèi)河漫灘處及高漫灘與階地處，高水位時，河道加寬，地下水水位最大值在JC4位置，由河道向左右岸排泄;枯水期，地下水水位最大值發(fā)生在JC3處，說明此處為承壓含水層，壓力較大，地下水由此處向河道及下游排泄。

圖5 石佛寺水庫2009年7月地下水位等值線圖

圖6 石佛寺水庫2009年1月地下水位等值線

6 結(jié)論

監(jiān)測結(jié)果表明:地下水位變化具有周期性的特點，7～9月地下水位為年內(nèi)最高，1～4月地下水位為年內(nèi)最低，水庫于2009年5月25日開始蓄水，最高水位46.2m，地下水水位隨著水庫蓄水有升高的趨勢。遼河河水與地下水存在密切水力聯(lián)系:枯水期地下水向遼河及西部下游排泄;汛期或上游水庫放水時，遼河水倒灌兩岸地下水。監(jiān)測分析結(jié)果基本符合水庫運用的實際情況，說明地下水位監(jiān)測系統(tǒng)運行正常。利用地下水位周期性變化的特點，結(jié)合地表水的特性，實現(xiàn)地下水和地表水的聯(lián)合調(diào)度，保證遼河石佛寺水庫樞紐一期工程的供水能力。?

1 齊碗華，王日升．灤河下游地表水與地下水補(bǔ)排關(guān)系分析［J］．河北水利水電技術(shù)，1998(2):41-42．

2 謝新民，顏勇．淺析西北地區(qū)地表水與地下水之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系［J］．水利水電科技進(jìn)展，2003(1):8-10．