石佛寺水库地下水监测系统的应用与成果分析

董福君

(辽宁省石佛寺水库管理局 沈阳 110129)

1 工程概况

石佛寺水库是辽河干流上唯一一座大型控制性水利工程，坝址位于沈阳市沈北新区黄家乡和法库县依牛堡乡，距沈阳市区约47km。坝址以上流域面积164786km2。石佛寺水库一期工程总库容约1.85亿m3，保护农田面积28.74万 hm2。库区淹没范围为50.41km2，回水长度21.17km。淹没区涉及沈北新区黄家乡，法库县依牛堡乡和铁岭县新台子镇、阿吉镇、凡河镇共3个县区、5个乡镇、24个自然屯。工程等级为Ⅱ等，永久性建筑物为2级，设计标准为100年一遇洪水设计、300年一遇洪水校核。水库主副坝全长42.6km，泄洪闸16孔，总宽248.5m。

2 地形地貌及地层岩性

石佛寺水库库区位于下辽河断陷平原辽河冲洪积扇的中部。在地貌成因类型上，该区域属于堆积地形和剥蚀堆积地形。该区第四系堆积以黏性土为主，含水层岩组为细中砂与砾砂，含水层的透水性、富水性在区内展示均有不同。该工程作业范围约13km2，水库局部地区及左右两岸堤坝外处，地形平坦，地貌单一，主要岩性为粉质黏土、黏土、细砂、中砂、粗砂、砾砂等。

3 设计目的

石佛寺水库枢纽工程的主要功能是滞洪，鉴于其坝线较长，在保证坝体和坝基渗透稳定的前提下，为降低工程造价，绝大多数坝基未做防渗处理。因此在滞洪运用期将对坝外农田造成一定程度的淹没现象，为此在坝外设立地下水监测点;同时该区地下水富集程度较高，地表水与地下水联系密切。为适当蓄水和对水资源开发利用积累可靠基础资料，准确评价石佛寺水库地表水、地下水补排关系以及低水位运行对库外的浸没影响，在石佛寺主坝与鲁家大桥间左右岸布设两排地下水位动态观测断面，通过自动监测设备自动采集数据，记录日内最高、最低地下水位及发生时间，反映地下水的动态变化规律。

4 地下水监测系统概况

石佛寺水库地下水位监测系统包括硬件系统和软件系统。硬件系统共设1个中心控制站和10个水位监测点，其中水位监测点分别布设在2个观测断面，6个监测点在库区内、4个监测点在库外。石佛寺水库一期枢纽工程地下水监测系统监测井高程按100年一遇洪水设计标准，设计水位(汛后水位)50.22m，地下水监测系统坝区内6眼监测井井口高程为50.00m，堤外观测井井口距地面2m。观测点井深12m。开孔直径300mm，观测井采用镀锌钢管，直径219mm。系统前端测量设备采用浮子式水位计，以蓄电池供电，太阳能板不间断充电，通过超短波固定的无线频点实现数据的通信。该工程于2006年6月开工，2006年12月完工，2007年正式投入使用。监测井布置图见图1，监测井结构图见图2。

图1 石佛寺水库地下水位监测井平面位置

图2 监测井结构

地下水水位自动采集设备由浮子式液位传感器，配用旋转编码器、数据采集器、数传电台、太阳能电源及防护箱等几部分构成，遥测站为无人值守站，自动实时采集、存储，以超短波(VHF)的频率测报发送水位至中心站。上传数据直接进入水情自动测报系统中心站。中心站设于石佛寺水库建设管理局坝上综合楼。应用SQL SERVER数据库实现局域网数据共享，具有数据采集、数据查询、数据共享、数据打印等功能。

5 地下水监测系统数据分析

5.1 地下水与库水位相关分析

系统于2007年1月正式投入运行，测次为每天一次。以一个断面中所选两个坝内测点JC2、JC4和两个坝外测点JC1、JC5(每个测点值为月均值，库水位为月均值)的测值结果画出了石佛寺水库地下水与库水位对比过程线，见图3、图4。

图3 库外地下水位与库水位对比过程线

图4 库内地下水位与库水位对比过程线

从图3、图4可以看出，地下水位变化具有周期性的特点，7～9月地下水位为年内最高，1～4月地下水位为年内最低。石佛寺水库是纯滞洪水库，平时为16孔闸门处于敞泄状态，汛期根据防汛调度及下游农田需要随时调节。水库于2009年开发湿地建设工程，2009年5月25日开始蓄水，最高水位46.20m，地下水水位随着水库蓄水有升高的趋势，两测点由于布设的位置不同、地面高程不同、周围环境不同而出现明显差异。JC1测点位于右堤库外，库水位较高时，地表水补给地下水，库水位较低时，地下水与库水位是补排关系。2009年5月蓄水之前，地下水变化较库水位略有滞后，蓄水以后，地下水与库水位变化基本一致。JC5测点位于左堤库外，高水位时地表水补给地下水，低水位时地下水补给地表水，此处地下水相对JC1和库内测点较高，是因为堤外测点受万泉河河水补给的影响。JC2测点位于库内，距离辽河河道较近，变化规律同库水位的变化规律基本一致，2009年5月蓄水前，变化较库水位变化略有滞后，蓄水后，变化规律同库水位变化一致。呈现出库水位较低时，地下水补给河道，库水位较高时，库水位同地下水位接近或补给地下水。JC4地下水水位明显高于JC2，说明此处承压层含水压力较大。

5.2 地下水水位等值线图分析

区域内地下水的水文地质状况可分为基岩裂隙水及第四系松散岩类孔隙潜水或微承压水两大类。基岩裂隙水分布于辽河左右岸的零星残山及岗地，松散岩类孔隙潜水多分布于河漫滩处，微承压水多分布于高漫滩及阶地处。以2009年1月、7月各测点地下水水位月均值画出等值线图，见图5、图6。从中可以看出，河堤右岸主要分布基岩裂隙水，水量不丰，地下水水位变化大。库区内河漫滩处及高漫滩与阶地处，高水位时，河道加宽，地下水水位最大值在JC4位置，由河道向左右岸排泄;枯水期，地下水水位最大值发生在JC3处，说明此处为承压含水层，压力较大，地下水由此处向河道及下游排泄。

图5 石佛寺水库2009年7月地下水位等值线图

图6 石佛寺水库2009年1月地下水位等值线

6 结论

监测结果表明:地下水位变化具有周期性的特点，7～9月地下水位为年内最高，1～4月地下水位为年内最低，水库于2009年5月25日开始蓄水，最高水位46.2m，地下水水位随着水库蓄水有升高的趋势。辽河河水与地下水存在密切水力联系:枯水期地下水向辽河及西部下游排泄;汛期或上游水库放水时，辽河水倒灌两岸地下水。监测分析结果基本符合水库运用的实际情况，说明地下水位监测系统运行正常。利用地下水位周期性变化的特点，结合地表水的特性，实现地下水和地表水的联合调度，保证辽河石佛寺水库枢纽一期工程的供水能力。❀

1 齐碗华，王日升．滦河下游地表水与地下水补排关系分析［J］．河北水利水电技术，1998(2):41-42．

2 谢新民，颜勇．浅析西北地区地表水与地下水之间的相互转化关系［J］．水利水电科技进展，2003(1):8-10．