淺談地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)在石佛寺水庫的應用

王省山 苑曉倩

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

淺談地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)在石佛寺水庫的應用

王省山1苑曉倩2

(1.遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局， 遼寧 沈陽 110166；2.遼寧省石佛寺水庫工程建設管理局，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)在實時采集地下水位數(shù)據(jù)時，對所需數(shù)據(jù)進行的加工整理、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行管理、維修養(yǎng)護、防洪調度提供客觀、準確的科學依據(jù)。

石佛寺水庫； 地下水位； 自動監(jiān)測系統(tǒng)； 應用

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。設計洪水標準100年一遇，洪水校核標準300年一遇；相應設計洪水位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，設計防震烈度為Ⅶ度。石佛寺水庫是一座以解決遼河干流防洪為主，調節(jié)本流域徑流、遠景擔負“北水南調”的反調節(jié)任務的大型平原水庫。

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。在水庫滯洪運用期和蓄水試驗期，出現(xiàn)了一定程度淹沒壩外農田的現(xiàn)象。同時，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。為準確評價石佛寺水庫地下水、地表水的補、排關系，研究運行時水庫對庫外的浸沒影響，需要通過監(jiān)測設備對庫區(qū)內、外進行地下水位監(jiān)測。要求設備自動采集、記錄、整理日內最低、最高地下水位數(shù)據(jù)及其發(fā)生時間，及時、客觀反映地下水位的動態(tài)變化情況，為適當蓄水和水資源開發(fā)利用積累可靠的基礎資料。

3 地下水位自動監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)結構包括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在兩個監(jiān)測斷面，其中6個遙測站在庫區(qū)內，4個遙測站在庫區(qū)外(見圖1)。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

3.1.1 中心控制站

中心控制站設于石佛寺水庫管理局綜合管理樓，由HSST—2002ZZ主站通信單元、計算機系統(tǒng)及中心控制柜等組成。專用管理軟件可實現(xiàn)對各地下水位遙測站的遠程數(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(或定時)與智能遙測終端進行連接，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、制成報表、繪制變化圖等，綜合分析水位變化。同時，應用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)局域網數(shù)據(jù)共享，實現(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)設計洪水位(50.22m)確定監(jiān)測井高程，可自動實時采集、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備由光電式浮子水位計、智能遙測終端、太陽能電池、充電控制器及蓄電池等構成。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)基本功能包括水位即時(歷史)數(shù)據(jù)手動及時/定時自動抄錄，水位數(shù)據(jù)定時/實時上傳，水位及時(歷史)數(shù)據(jù)組合抄錄，水位數(shù)據(jù)定點、定組實時監(jiān)控，水位數(shù)據(jù)綜合查詢、分時段水位數(shù)據(jù)查詢、水位變化分析與報表處理等17項功能。

擴展功能可根據(jù)用戶的不同要求定制，以滿足如電子地圖繪制、安全管理、遠程維護管理、綜合數(shù)據(jù)自動上報、局域網接入及數(shù)據(jù)共享、網絡PDA終端配套，實現(xiàn)數(shù)據(jù)隨身查詢等8項功能。

3.3 配套設施

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，型號為HSST-2002WZ。終端實時監(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構設計，功耗較低，具有定時存儲地下水位數(shù)據(jù)，定時自動上傳或按管理中心指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳送、接受管理中心指令靈活的參數(shù)設定與更改、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

GD系列光電式浮子水位計集光、機、電等精密技術于一體，通過光電轉換，將輸出軸的角位移轉換成相應的數(shù)字量。當碼盤轉動時，可連續(xù)輸出與碼盤旋轉位置相對應的一組二進制編碼，以此確認絕對位置。該水位計具有旋轉阻力小、體積小、量程大、斷電記憶、跟蹤測量準確等優(yōu)點(見圖3)。

圖3 光電式浮子水位計

3.3.3 太陽能電池

根據(jù)太陽能電池所用材料、生產工藝和結構的不同，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，其轉換效率最高(轉換效率13%～15%，有的已達到20%以上)、面積小、輸出功率大、穩(wěn)定性好，使用一般可達20年以上。

3.3.4 設備保護裝置

為確保遙測站設備的安全，總結以往水位監(jiān)測系統(tǒng)的施工及設備處理經驗，特制定如下措施：?現(xiàn)場設備放入鋼制保護桶中，加鎖保護；?保護桶架高，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 保護裝置結構

4 地下水監(jiān)測的規(guī)范要求

a.按規(guī)范要求進行定期觀測，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)實際情況加密監(jiān)測。專門記錄，每月對上月的數(shù)據(jù)進行整理、分析、保存。

b.觀測資料內容齊全，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曲線圖，并對成果進行校核和審查。觀測資料工序齊全，符合規(guī)范要求。

c.按規(guī)范要求進行初步分析，提出分析意見；形成電子文檔，用計算機按時整編成冊。利用計算機地下水位監(jiān)測系統(tǒng)軟件及輔助軟件對測值進行了整編，繪制了地下水位歷時曲線圖,形成電子文檔并按時整編成冊。根據(jù)資料整編成果，結合水庫的實際情況，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，立即上報并加密監(jiān)測次數(shù)。定期對監(jiān)測系統(tǒng)軟、硬件進行維護、巡查。發(fā)現(xiàn)問題及時解決，對重大問題及時上報。

e.每年5月前整理完上年觀測資料，并對資料進行分析，形成分析報告。每年5月前完成上一年的的數(shù)據(jù)分析工作，并畫出各測點的歷時曲線圖，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給關系。并將分析成果整編成冊。

5 結 語

地下水位監(jiān)測是水庫日常管理的一項常規(guī)性、基礎性工作，在水庫建設、水庫管理、防洪調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行，不可避免地存在“數(shù)據(jù)受人為因素影響、監(jiān)測及時性無法確保、精確度較低、費用較高、管理復雜”等諸多缺點，監(jiān)測頻率也因種種客觀因素難以提高，導致地下水位數(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用，不僅實時監(jiān)測了地下水位的數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)水庫運行單位的需要，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、水情預警預報系統(tǒng)，為水庫的運行、管理提供了客觀可靠的技術支撐和科學保障。

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