改进闹德海水库坝前水位观测方法的分析

苏秀颖

(辽宁省闹德海水库管理局，辽宁 阜新123000)

1 水库概况

闹德海水库位于柳河上游、彰武县满堂红乡，与内蒙古库伦旗交界，控制流域面积4 051 km2，最大库容2.17 ×108m3。工程建成于1942年，历经4 次改建或加固，防洪标准达到了百年设计、千年校核，其功能也由单一的滞洪排沙作用变为防洪、灌溉、城市供水等综合利用。

1970年水库改扩建后，调度运用方式由“全年敞泄”变为“冬蓄春放、汛期敞排”，每年可向盘锦等地提供5 000 万m3以上农田灌溉用水，为当地经济发展做出了一定贡献。1994年加固后，水库开始承担了阜新市30% 的城市供水任务，日平均供水4 万m3，已累计供水2.7 亿m3，缓解了阜新市严重缺水的局面，成为了阜新市城市发展的重要基础设施［1］。

闹德海水库为河道型水库，坝上4 km范围内是V 型峡谷段，两岸山岩陡立，河谷宽50 ～100 m，峡谷上游为复式河槽，河宽为200 ～300 m，滩坎高1 m，河道较顺直，再向上河道呈S 型弯，滩坎高1 ～3 m，两岸滩坎间距可达1 200 ～1 500 m是“大肚子”河段，汇合口以上，新开河河道有3个大弯，河宽200 ～250 m，而养畜牧河河道较顺直，河宽300 ～400 m。闹德海水库为多泥沙河流水库，为观测水库泥沙淤积情况，在库区内布设了67个横断面。见图1 闹德海水库库区测淤断面分布示意图。

图1 闹德海水库库区测淤断面分布示意图

2 问题提出

2010年底，闹德海水库第四次除险加固工程完工，库水位观测方法由单一的坝前水尺人工测读更新为超声波水位计监测为主、水尺测读为辅，即在右挡水坝顶上游侧安装了一个超声波水位计，水位计通过电缆接入设在启闭机室内的DAU 测控单元，水位数据信号通过转换纳入自动化观测系统。超声波水位计主要技术参数如下:①测量范围:0.8 ～10 m;②测量精度:误差≤3 cm，自动进行温湿度——声速补偿;③盲区:≤0.8 m;④分辨力:1 cm;⑤超声换能器安装高程预置:0 000.00m ～9 999.99 m;⑥测量数据在测量记录仪的6 位LCD 液晶屏上显示，同时被故态存储，存储容量为8K 字节;⑦电源:测量记录仪:AC220V ±10% 或DC 12V ±10%;⑧超声传感器:DC 12V±10%;⑨超声传感器与测量记录仪之间传输电缆的最大长度为100 m;⑩测量记录仪留有一个RS485 口以进行测量数据远传通讯。○1工作环境条件:温度:－10° ～+50°;湿度:20% ～95%RH。

水面应不结冰，超声传感器下方水面应无大量水草等漂浮物。

可见，超声波水位计不适用于冰冻期或有杂物干扰时观测水位，也就是说冬季结冰或遇有大洪水挟带大量漂浮物时无法准确读取水位值。通过摘录近两年自动化测报系统采集的水位数据(表1 和表2)，可以看到冰冻期或有漂浮物时超声波水位计传输的水位值为198.86 m，而水库坝顶高程仅为194.00 m，显然这个数据是错误的。非冰冻期通过与水尺测读数值相比，自动采集的数据是准确的，然而超声波水位计不能实现冰冻期或有杂物干扰情况下的监测功能，给实时监测水位带来了不便。为真正实现水位监测自动化，动态掌握水库上游来水情况，科学进行水库调度，应采用适用于北方地区且位于多泥沙河流上水库实时水位监测设备［2］。

3 改进措施

根据闹德海水库目前的实际情况，可考虑采用浮子水位计进行冬季辅助观测，即通过增设水位井和相应配套观察设备——安装有RS485 数字通信接口(或4－ 20mA)的水位计，通过仪器的内置式RS485 数字通信接口远距离传输信息，同时纳入水文自动测报系统，实现自动接收水位数据。

浮子水位计工作原理为以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加;水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。

由于浮子水位计观测必须设置水位井，需要选择岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段，因此，考虑在大坝上游右岸约100 处(码头附近)坚固岩石岸坡设置水位井，并将水位井安装到库底(一般在死水位以下即可)，井内采用负30 号柴油灌注超过冰冻层来保持冬季井内水面不结冰，从而确保冬季库水结冰或漂浮物存在时能够依然测得准确的水位值。

表1 2012年全年逐日水位统计表

表2 2013年7月5日水位日报表(洪水后有漂浮物)

4 结 语

实现水库科学调度，水位观测资料是不可或缺的基础性资料。因此，在科技不断发展进步的今天，如何利用自动化手段来获得完整详实可靠的水位数据，是水库管理人员应该研究的问题。

［1］王然，游力潜. 多沙河流上安装自记水位计的方法和经验［J］. 人民黄河，1981(01):36－40.

［2］姚永熙. 水文仪器与水利水文自动化［M］. 南京，河海大学出版社，2001:25－30.