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乌鲁瓦提水利枢纽水情信息监测系统的建设与完善

2011-08-15韩艳红

水利建设与管理 2011年5期
关键词:水情水文站水位

韩艳红

(新疆乌鲁瓦提水利枢纽工程建设管理局 和田 848000)

1 工程及水文概况

乌鲁瓦提水利枢纽工程位于新疆和田河西支流喀拉喀什河中段,上游河道长509km,坝址以上集水面积19983km2,正常水位库水面积8.36km2。该工程坝型为混凝土面板砂砾石坝,最大坝高133m,正常蓄水位1962m,总库容3.336亿m3,正常水位回水长度23km,平均河道宽300m,是典型的高山峡谷水库,具有灌溉、防洪、发电、生态保护等综合效益。工程坝址区域多年平均降雨量78.4mm,多年平均蒸发量1884.7mm,喀拉喀什河年径流量21.9亿m3,每年80%左右的径流量都集中在6~9月,径流补给主要以冰川融水、季节积雪融水和地下水为主,属于典型的冰雪融水性河流,月径流与月气温呈线性正比。

2 工程已建水情信息监测系统及运行情况

目前乌鲁瓦提水利枢纽的水情监测系统由托满水文站(距大坝址上游63km)、乌鲁瓦提水文站(距大坝下游0.5km)、库水位自记水位计组成,该系统于2001年全面建成投运,监测的主要项目有流量、水位、水温、气温、降雨量、烝发量、泥沙含量、水质化验等。因工作条件艰苦和监测手段原始,托满水文站每年的工作周期为5月1日~9月30日,其余月份水情靠延用历史水文系列资料推算。鉴于该水文站监测时间的不连续性和不完整性,再加上测站离水库又远,沿程水量损失无法统计,该测站也仅能控制90%左右的径流,因此托满水文站只具备报汛功能,不能作为水库水情调度的控制站,其监测值只能供水库水情调度参考。

目前工程已建的水情信息监测系统存在两个问题:

a.无法准确掌握实时进库流量的监测数据,只能根据库水位—库容曲线—出库流量的相关性进行简单粗略的反推计算,但该计算环节中库容曲线本身误差较大,且每年都在发生变化,以此推算出的进库流量与实时进库流量自然就存在较大误差。

b.现有的信息系统不能实现信息数据的自动采集、处理、分析和报送,也没有建立水情信息与闸群操作的联动机制和响应机制,更没有水库调度的预报、预警信息反馈系统和决策支持系统,所有数据的采集、处理、分析、报送全部要依靠人工完成,其监测手段与方法比较落后,不能实现水情自动测报全天候工作,水库调度存在一定的盲目性,水库在兴利与防洪、灌溉与发电、蓄水与排沙等方面缺乏预见性管理,这与大型水利枢纽实行现代化管理的发展水平不相适应。

3 建设完善枢纽工程水情信息系统的必要性

为了提高水利枢纽工程的现代化管理水平,必须使水利工程管理向现代水利、可持续发展水利转变。由于该河流域水资源的有限性、水雨冰雪情的变化性、农业灌溉的时效性、生态供水的动态性和水资利用的系统性等特点比较突出,因此,提高工程水利信息化水平,实现水资源的统一管理和优化配置,提高用水效率,确保工程安全运行,建设与完善水利枢纽的水情信息监测系统非常必要。根据乌鲁瓦提水利枢纽工程已建水情信息监测系统的运行管理研究,应从以下几方面加以建设与完善:

a.为精确计量水库实时进库流量,必须在水库回水线及校核水位以上干流和主要支流各修建水文测站1座,保证可控制坝址以上95%以上的径流,适时掌握入库流量的变化情况。由于这些水文站所处位置坡陡险峻,属于无人区,交通、通讯不通,所建水文站采用传统的人工值守和中继站通讯模式均不可取,必须采用无人值守、信息数据自动采集和卫星发送传输自报模式,电源可根据当地日照时间长、太阳能资源丰富的特点,结合水文测站的动力需求情况,采用太阳能电池板。同时将现有的托满报汛水文站改成无人值守、信息数据自动采集和卫星发送传输自报模式。水文测站建成投运后既可提高数据信息的处理速度和精度,提高工作效率,又可大大降低运行管理的劳动强度。现有的出库水文站由于距离枢纽调度中心较近,仍采用无人值守、信息数据自动采集和光纤通道直接传输模式。

b.改造现有的水库水位计,增设一套振弦式或超声波式自记水位计,以满足在水库结冰、涌浪较大等不利条件下水位的正常监测。同时增设一套相同形式的坝后水位自动监测装置,以便大坝安全监测分析之用。该两个监测点由于离枢纽调度中心较近,从经济适用角度考虑,数据传输可采用光纤通道直接传输模式。

c.由于乌鲁瓦提水利枢纽所有的泄水通道全部是规则断面,可将泄洪排沙洞、冲沙洞、溢洪道的适时流量建立库水位—开度—流量关系数据库,将发电洞建立库水位—导叶开度—发电负荷—流量关系数据库,实行计算机全程自动采集,同时将所有泄水通道的实时出水量进行汇总计算,并与出库水文站相应时段内监测的出库流量进行自动校核修正,得出精确的出库流量。

d.开发一套水情信息自动采集、计算、分析、存储、报送、预警软件,建立水情信息计算机历史数据库,并使进库流量水文控制站、出库流量水文控制站、库水位自记水位计、各泄水通道实时出水流量的采集时间点和采集周期保持一致,建立水情信息与闸群调度的联动机制和预报、预警机制,建立水库调度信息自动决策分析系统,当进库流量变化和库水位变幅超过一定限值时,计算机系统能够自动作出预警判断和提供水库调度决策信息支持。同时该系统还可以根据每个时段内进、出库流量与库水位的变幅情况自动修正水位变幅区间的库容曲线,掌握水库在两岸无植被和坡积物较多等特殊环境下库容曲线的变化情况和泥沙淤积的变化规律,精确计算水库的兴利库容,有利于进一步深入开展水库在防洪、兴利、蓄水、排沙等方面的科学研究,提高工程的利用效率和使用寿命。

e.建设枢纽水情调度控制中心,将所有水情信息数据进行汇总核算、综合分析反馈,实现水情监测、闸群调度的远程控制。按照新疆防洪调度的总体要求,将相关水情信息接入新疆防汛抗旱专用网,实现防汛抗旱信息资源的互补共享,提高枢纽工程防汛、抗旱工作的预见性管理水平。同时建管局相关业务人员可按分级权限要求,对水情监测信息进行远程查询、修改、传阅、打印、发布,建成集现地与远程于一体的调度集权控制中心。

4 经验与建议

乌鲁瓦提水利枢纽工程9年来的运行管理实践证明:主体工程建设时应充分考虑建设水情信息监测系统的必要性和重要性,水情信息监测系统看似工程建设时的软件,却是运行管理时提高精度、速度的硬件,应与主体工程同设计、同施工、同验收、同运行,并且规划设计时要结合当地的水文、气象、地理等实际情况,有选择性地实施建设,保证监测数据的完整性、连续性、准确性、适用性和经济性。对于降水稀少,主要以冰川融水为主的河流,可以探索建立气温—高空零度层—冰川积雪—洪峰流量—洪水总量—洪水过程线的中长期洪水预警、预报信息系统,提高洪水调度预见性管理水平。但雨量、水温、风速风向、湿度、蒸发等监测设施有少量代表即可。对出入库水文测站仍需保留一套人工测量装置,每年定期进行1~2次人工比测,相互修正、验证监测数据,提高自动测报的精确度。通过建设与完善乌鲁瓦提水利枢纽水情信息监测系统,对加强多功能多效益水库的兴利与防洪研究、兴利与生态的研究,对加强多泥沙河流蓄水与排沙研究均有很大帮助,并且研究成果对提高工程的效益和管理水平作用巨大,前景良好。

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