鬧德海水庫壩前水位計冰凍期改進方法的研究

葉建新

( 遼寧省鬧德海水庫管理局， 遼寧 阜新 123000)

鬧德海水庫壩前水位計冰凍期改進方法的研究

葉建新

( 遼寧省鬧德海水庫管理局， 遼寧 阜新 123000)

鬧德海水庫是遼河支流柳河上唯一的大型控制工程,是阜新重要水源之一。實時觀測水庫動態(tài)水位變化是實現(xiàn)水庫科學(xué)管理、安全度汛以及整個流域內(nèi)的防洪規(guī)劃與水資源管理的科學(xué)依據(jù)。通過分析水庫現(xiàn)行水位觀測方法，提出增加一個浮子式水位計來彌補雷達水位計在冰凍期出現(xiàn)誤差的問題，實現(xiàn)水庫動態(tài)水位觀測的準(zhǔn)確度。

鬧德海；水位觀測；浮子式水位計

1 工程概況

鬧德海水庫大壩為混凝土重力壩，建于1942年,歷經(jīng)1970年、1994年和2010年三次維修加固，防洪標(biāo)準(zhǔn)達到了百年設(shè)計、千年校核。設(shè)計洪水位189.48m，相應(yīng)庫容1.34億m3；校核洪水位193.11m，最大庫容2.17億m3。該水庫是一座集防洪、排沙、灌溉、供水等綜合利用的大型控制性工程，可保證下游彰武、新民兩座縣城以及部分農(nóng)田和輸油管路、鐵路、公路的安全。水庫于1994年年末開始向阜新城市供水，是阜新市城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

2 鬧德海水庫壩前水位計現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 壩前水位計觀測情況

鬧德海水庫壩前水位計安裝在壩頂右方上游一側(cè)，通過信號線和電源線與啟閉機室內(nèi)遙測終端機相連，有超短波和GPRS雙通道進行傳輸，實現(xiàn)實時觀測與監(jiān)控?，F(xiàn)鬧德海水庫壩前水位計為OTT RLS雷達水位計，于2008年正式投入使用，是一款用于地表水液位測量的非接觸式雷達液位計，采用脈沖雷達技術(shù)對液位進行測量，其節(jié)能、非接觸式的測量技術(shù)不受水中污染物以及沉淀物的影響，因此測量精度尚可。事實證明：在使用的過程中除冰凍期以外其觀測數(shù)值相對比較準(zhǔn)確。表1為2014年壩前雷達水位計與水文站人工觀測水尺高程讀數(shù)值對比情況(日期為隨機挑選)。

表1 2014年壩前雷達水位計與水文站人工觀測水尺高程讀數(shù)值對比 單位：m

2.2 存在的問題

雷達水位計的測量采用節(jié)能脈沖雷達技術(shù)測量液位，每次測量時發(fā)射雷達脈沖信號到水面，脈沖信號經(jīng)水面反射后被接收天線檢測到，由發(fā)射至接收到水面反射回來的脈沖信號的時間計算現(xiàn)實水位。但由于鬧德海水庫地處遼寧西北部與內(nèi)蒙古東部接壤區(qū)域，四季分明，冬季氣溫較為寒冷，每年11月至次年4月為水庫冰凍期，所以壩前除小部分區(qū)域采取破冰措施保護壩體外其余區(qū)域均處于結(jié)冰狀態(tài)，且冰層較厚，因此雷達脈沖信號會發(fā)生經(jīng)冰面反射的情況，其反射時間亦會出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致測得壩前水位值與實際水位值有明顯的誤差?，F(xiàn)列舉2013年12月1—7日(隨機挑選)壩前水位實際情況(紅色標(biāo)記為誤差值)，見表2?？梢悦黠@看出:每日多次出現(xiàn)壩前水位198.86m，而水庫壩頂高程僅為194.00m，顯然所測的數(shù)值是錯誤的。

表2 2013年12月1—7日壩前水位高程

3 改進辦法

為真正實現(xiàn)水位監(jiān)測自動化，動態(tài)掌握水庫上游來水情況，科學(xué)進行水庫調(diào)度，應(yīng)采取適用于北方地區(qū)且位于多泥沙河流上水庫實時水位監(jiān)測設(shè)備?？煽紤]采用浮子水位計進行冬季輔助觀測，即增設(shè)水位井和相應(yīng)配套觀察設(shè)備——安裝有RS485數(shù)字通信接口的水位計，通過儀器的內(nèi)置式RS485數(shù)字通信接口遠距離傳輸信息，同時納入水文自動測報系統(tǒng)，實現(xiàn)自動接收水位數(shù)據(jù)。

由于浮子水位計觀測必須設(shè)置水位井，需要選擇岸坡穩(wěn)定、河床沖淤不大的低含沙河段。因此，可以考慮在大壩上游右岸約100m處(碼頭軌道附近)堅固巖石岸坡設(shè)置水位井，并將水位井安裝到庫底，井內(nèi)采用負30號柴油灌注超過冰凍層來保持冬季井內(nèi)水面不結(jié)冰，從而實現(xiàn)冬季水位觀測自動化。

工作狀態(tài)下，浮子、平衡錘與懸索連接牢固，懸索懸掛在水位輪的“V”形槽中。平衡錘起到拉緊懸索和平衡作用，調(diào)整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水線上。在水位不變的情況下，浮子與平衡錘兩邊的力是平衡的。當(dāng)水位上升時，浮子產(chǎn)生向上浮力，使平衡錘拉動懸索帶動水位輪作順時針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加；水位下降時，則浮子下沉，并拉動懸索帶動水位輪逆時針方向旋轉(zhuǎn)，水位編碼器的顯示器讀數(shù)減小。

浮子水位計易受水面漂浮物等影響，對觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)生負面影響，而汛期也正是水庫易受洪水的沖刷產(chǎn)生漂浮物的季節(jié)，所以在汛期時以壩前雷達水位計觀測水位為主，浮子水位計和人工觀測為輔；冬季冰凍期雷達水位計受冰面影響出現(xiàn)誤差，可采取以浮子式水位計為主，其他方式為輔的觀測方式。

4 總 結(jié)

鬧德海水庫現(xiàn)行安裝的雷達水位計雖然具有在測量時不受水中污染物以及沉淀物等因素影響，且測量精度高，安裝方便簡單快捷、維修保養(yǎng)簡便等優(yōu)點，但在水庫冰凍期由于壩前水面結(jié)冰易出現(xiàn)明顯的測量誤差，因此可采用通過增加一個浮子式水位計的方法來彌補這種測量誤差，實現(xiàn)水庫動態(tài)水位的實時精確觀測。

[1] 田國祥，楊曉鵬，邱天珍.鴨河口水庫浮子式水位計改造[J].河南水利與南水北調(diào),2008(9).

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[3] 董軍.北方河流河道特征水位確定方法探討[J].中國水能及電氣化，2013(3).

[4] 車承軒，劉默，王俊笑，等.結(jié)冰水體浮子式水位傳感器的應(yīng)用[J].黑龍江水專學(xué)報,1998(1).

Research on pre-dam water level gauge improvement method during freeze-up period in Naodehai Reservoir

YE Jianxin

(LiaoningNaodehaiReservoirAdministration,Fuxin123000,China)

Naodehai Reservoir is the only large-scale control project on Liuhe River,branch of Liaohe River.It is one of the important water sources in Fuxin.Real-time observation of reservoir dynamic water level change is scientific basis to realize scientific management and safe flood passing in the reservoir,as well as flood control plan and water resources management in the whole river basin.Current water level observation method of reservoir is analyzed.It is proposed that error problem of radar water level gauge during freeze-up period can be made up by adding one float type water level,thereby realizing high accuracy of dynamic water level observation in the reservoir.

Naodehai;water level observation;float type water level gauge

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2015.09.013

TV62

A

1005-4774(2015)09-0041-03