改進鬧德海水庫壩前水位觀測方法的分析

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，與內蒙古庫倫旗交界，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4 次改建或加固，防洪標準達到了百年設計、千年校核，其功能也由單一的滯洪排沙作用變為防洪、灌溉、城市供水等綜合利用。

1970年水庫改擴建后，調度運用方式由“全年敞泄”變為“冬蓄春放、汛期敞排”，每年可向盤錦等地提供5 000 萬m3以上農田灌溉用水，為當地經濟發展做出了一定貢獻。1994年加固后，水庫開始承擔了阜新市30% 的城市供水任務，日平均供水4 萬m3，已累計供水2.7 億m3，緩解了阜新市嚴重缺水的局面，成為了阜新市城市發展的重要基礎設施［1］。

鬧德海水庫為河道型水庫，壩上4 km范圍內是V 型峽谷段，兩岸山巖陡立，河谷寬50 ～100 m，峽谷上游為復式河槽，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，在庫區內布設了67個橫斷面。見圖1 鬧德海水庫庫區測淤斷面分布示意圖。

圖1 鬧德海水庫庫區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測為主、水尺測讀為輔，即在右擋水壩頂上游側安裝了一個超聲波水位計，水位計通過電纜接入設在啟閉機室內的DAU 測控單元，水位數據信號通過轉換納入自動化觀測系統。超聲波水位計主要技術參數如下:①測量范圍:0.8 ～10 m;②測量精度:誤差≤3 cm，自動進行溫濕度——聲速補償;③盲區:≤0.8 m;④分辨力:1 cm;⑤超聲換能器安裝高程預置:0 000.00m ～9 999.99 m;⑥測量數據在測量記錄儀的6 位LCD 液晶屏上顯示，同時被故態存儲，存儲容量為8K 字節;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 口以進行測量數據遠傳通訊。○1工作環境條件:溫度:－10° ～+50°;濕度:20% ～95%RH。

水面應不結冰，超聲傳感器下方水面應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，也就是說冬季結冰或遇有大洪水挾帶大量漂浮物時無法準確讀取水位值。通過摘錄近兩年自動化測報系統采集的水位數據(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的水位值為198.86 m，而水庫壩頂高程僅為194.00 m，顯然這個數據是錯誤的。非冰凍期通過與水尺測讀數值相比，自動采集的數據是準確的，然而超聲波水位計不能實現冰凍期或有雜物干擾情況下的監測功能，給實時監測水位帶來了不便。為真正實現水位監測自動化，動態掌握水庫上游來水情況，科學進行水庫調度，應采用適用于北方地區且位于多泥沙河流上水庫實時水位監測設備［2］。

3 改進措施

根據鬧德海水庫目前的實際情況，可考慮采用浮子水位計進行冬季輔助觀測，即通過增設水位井和相應配套觀察設備——安裝有RS485 數字通信接口(或4－ 20mA)的水位計，通過儀器的內置式RS485 數字通信接口遠距離傳輸信息，同時納入水文自動測報系統，實現自動接收水位數據。

浮子水位計工作原理為以浮子感測水位變化，工作狀態下，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。當水位上升時，浮子產生向上浮力，使平衡錘拉動懸索帶動水位輪作順時針方向旋轉，水位編碼器的顯示讀數增加;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，水位編碼器的顯示器讀數減小。

由于浮子水位計觀測必須設置水位井，需要選擇岸坡穩定、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)，井內采用負30 號柴油灌注超過冰凍層來保持冬季井內水面不結冰，從而確保冬季庫水結冰或漂浮物存在時能夠依然測得準確的水位值。

表1 2012年全年逐日水位統計表

表2 2013年7月5日水位日報表(洪水后有漂浮物)

4 結 語

實現水庫科學調度，水位觀測資料是不可或缺的基礎性資料。因此，在科技不斷發展進步的今天，如何利用自動化手段來獲得完整詳實可靠的水位數據，是水庫管理人員應該研究的問題。

［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，河海大學出版社，2001:25－30.