浅谈三岔湖水库水文信息自动化监测设计

杨 津,邓 懿

(四川省成都水文水资源勘测中心,成都 611130)

1 三岔湖水库及水文监测设施设备现状

三岔湖水库位于四川省成都市东部新区三岔镇,属沱江一级支流绛溪河上游,是四川省第二大人工湖泊,蓄水量超过杭州西湖3倍,水质为地表III类,部分水域达地表Ⅱ类,240 km湖岸线,湿地面积达3 km2,管理单位为东部新区三岔湖管理局。

三岔湖水库有进水口1处、出水口3处,分别为低放水洞、高放水洞、溢洪道,都是渠化河道,测验断面稳定,需要观测并上报的水文信息分别为进出口流量信息、水库库容水位及雨量信息。其中,仅有进水口和低放水洞分别布设有斜式水尺作为水位观测设施,通过人工读取水尺读数得出水位,用水位流量过程线查出水位对应的流量;库容水位及雨量也是通过人工观测。

2 水文信息自动化监测存在的问题

三岔湖水库在水资源管理及调度、生态流量监测、水旱灾害防御能力等方面存在的主要问题是水文信息收集依然靠人工收集、整理、合成后上报省级平台,无自动化监测设施设备,人工成本高、准确度不高且实时率较低,主要表现在以下两个方面。

2.1 水位过高时回水造成数据准确度低

进水口观测断面仅有斜式水尺用于人工观测,现有监测方式为人工读取水尺读数得出水位,按照水位流量过程线查线方式得出实时流量,河道虽然绝大部分时间流态正常,按此方法得出流量尚属准确,但主汛期高洪水库库水位过高时,进水口会形成壅水,回水区域约2 km,在回水区内会形成水位抬高、流量降低的情况,前述监测方式实得流量会不准;而回水区域范围内有多处明、暗渠引水用于农业灌溉等,这部分引水流量无法纳入自动监测,在回水区域以外布设监测设备,也会造成入库流量计算不准。

高放水洞闸门平时是关闭状态,在有引水农业灌溉、泄洪等任务时,才会开启闸门放水。高放水洞渠道宽度仅2～3 m,从水库闸门出水口出来后仅100 m左右就有分水渠道,且分水渠道还有闸门控制,会造成一定程度的顶托和壅水情况。此处出水口无人工观测设施、自动观测设备,仅由闸门开启程度计算出库流量,准确度不高。

2.2 监测数据采集上报时效性较差

低放水洞河道观测条件良好,流态正常,现有监测方式为人工读取水尺读数得出水位,按照水位流量过程线查线方式得出实时流量;溢洪道闸门平时是关闭状态,在有泄洪任务时,才会开启闸门放水,无人工观测设施、自动观测设备,仅由闸门开启程度计算出库流量,准确度不高。此两处流量信息需要与进水口、高放水洞、库容水位、雨量等监测数据合成一起上报,不仅对专业技术要求较高,还对数据的准确性影响较大,工作效率较低、时效性较差。

3 水文信息自动化监测的措施及效能

“十四五”水安全保障规划和水文现代化建设规划等明确要求要围绕保障及提升四个能力：水旱灾害防御能力、水资源集约安全利用能力、水资源优化配置能力、大江大河大湖生态保护治理能力。而保障四个能力最关键的就是水文信息的收集、利用。快速、准确地收集水文信息,对行政决策和管理效能具有极大地提升。

针对三岔湖水库,在进水口、高低放水洞、溢洪道设计建设水文信息自动化监测设施设备,是水利管理的必然趋势和要求。在水库大坝处设计建设水位、雨量自动化监测设施设备,在管理站房布设自动化处理平台,各处自动化设备采集数据发送至处理平台,由平台接收、处理、整合后,推送至省级平台,通过安装相应的自动化监测设备,水文信息测报准确性及效能将得到极大提升。

3.1 对数据真实性和准确性的提升

进水口和高放水洞高洪时有顶托和壅水情况,回水区域有引水情况,可避开引水渠道或放水引起浪花的同时,在顺直河道处布设雷达波流速仪集成(如图1),主要设备为雷达波流速仪探头、自动水位计、流量计算模块(FTU)、遥测终端(RTU)等,负责采集水位、流速等要素,加上提前测出的河道断面数据,用流量计算模块(FTU)计算出实时流量,再通过遥测终端(RTU)发送至处理平台,供电系统采用太阳能,配套有太阳能电池板、蓄电池、控制器等。用雷达波流速仪集成来自动监测进水口实时流量的优势在于雷达波技术成熟、造价低,遇高洪发生顶托和壅水情况时,断面水位抬高,但流速变缓甚至没有,极大地提高了当前河道水资源流量数据的真实性和准确性[1]。

图1 雷达波流速仪集成系统结构

3.2 对节约成本效能和数据准确性的提升

低放水洞与溢洪道河道条件都较好,测验断面非常稳定,可以在这两处选择水位流量过程线查线方式得出实时流量数据,布设一套水位一体化集成(如图2)即可,具体建设内容为在合适位置布设自动水位计、遥测终端(RTU)等主要设备,配套有太阳能电池板、蓄电池、控制器等太阳能供电系统,负责实时监测水位发送至处理平台,处理平台根据提前预设的水位流量过程线,查线得出实时流量数据,既减少了人力成本,又提高了采集数据的准确性。

图2 水位(雨量)一体化集成结构

3.3 对数据收集时效性的提升

水库库容水位、雨量自动化监测相对简单,在原人工水尺观测处选择较空旷位置布设自动水位计、翻斗雨量计、遥测终端(RTU)等主要设备,配套有太阳能电池板、蓄电池、控制器等太阳能供电系统,负责实时监测水位、雨量信息。

考虑水库进出口流量、库容水位、雨量必须合成上报省级平台,因此还应设计处理平台,平台满足查看各站点实时水位、流量、雨量数据的要求,也必须有对各站数据进行计算、整理、合成、推送的功能。这样分站点设计自动监测设施设备负责监测,再设计处理平台进行处理的模式可以提高工作效率,减少人力成本,提高河道水资源流量数据的真实性、准确性和时效性[2]。信息自动化传输路径如图3所示。

图3 三岔湖水库水文信息自动化传输路径

4 结语

三岔湖水库从技术手段上实现水文监测自动化,将能更全面、准确地监控水雨情信息,为东部新区水行政部门在水资源管理、防汛抗旱等方面提供快捷、可靠的水文信息,可以更好地服务于水资源管理和优化水资源调度工作,为成都市水资源管理部门结合重点引调水工程,为有关部门采取有效措施控制洪水灾情、合理调度开发水资源提供依据和支撑。同时,也是落实最严格的水资源管理制度,着力改变当前水资源过度开发、用水浪费等突出问题的实际需要。