解決水情自動采集系統應用的工程方案

【摘要】本文分析了自治區瑪納斯河流域管理局，西岸站，一支干渠，因渠道重新改造，渠道在設計、施工時，與渠道流量計量方缺乏溝通協調，造成水量計量的不便和困擾，先進自動化水情系統無法使用的原因，并提出解決問題的工程方案。

【關鍵詞】高流速；自動化計量；工程方案

一、瑪納斯河流域概況

瑪納斯河流域位于天山北麓中段起源于依連哈比爾尕山脈北坡，烏代肯尼河的43號冰川，山區流程183千米，山區集水面積5156平方千米，平原流程243千米，河流總長426千米，終點是瑪納斯湖，流域總面積2.06萬平方千米，是準格爾盆地最大的內陸河，其徑流主要依賴冰川融水和大氣降水補給，出山口水量，在11億立方米到15億立方米之間，年際變化不大。

在整個瑪納斯河流流域中，主要包括6條內陸河流，源頭主要來源于山區河川，整體的資源量是多于平原地區的。瑪納斯河流域位于歐亞大陸腹地，屬于典型的大陸性干旱氣候，冬季寒冷，夏季炎熱，晝夜溫差比較大，年降水量稀少，氣候干燥。因此，在進行水情自動采集系統應用的工程方案施工過程中，施工單位要針對瑪納斯河流域的實際情況，制定可持續性的建設施工方案，滿足當地生產發展的要求。

二、一支干渠簡介

一支干渠屬瑪納斯河流域渠系，在天山北坡瑪納斯河出口高坡地段，位于瑪納斯河渠首西岸下游九公里處，水源取自瑪納斯河東岸大渠，經瑪納斯河東岸大渠九公里，節制閘引入跨河渡槽，進入西岸總干渠，經西岸第一分水閘，分別調節進入一支干渠和二支干渠；一支干渠是南北走向，南高北低，全挖方渠道，渠道縱坡很大，是全混凝土現澆體形斷面渠道；一支干渠水是石河子市東開發區及石河子市老城區綠化用水、景觀用水的主要水源，也是石河子市穿城景觀河的唯一水源；一支干渠渠水出石河子市區后，是下游兩個熱電廠，冷卻用水和農業用水，最終流入蘑菇湖水庫，年經流量1800萬方左右；一支干渠斷面，是水量、水費結算斷面，水量計量的精確、公正，與水量計量單位和灌區的利益關系密切相關。

三、自動化應用的困擾

一支干渠建于六十年代，是干砌卵石梯形斷面渠道，糙率大，流速也較小，使用了近四十年后，渠道及斷面應凍融循環影響嚴重變形，對當地灌溉與防洪都產生不利的影響。因此，當地政府于2002年秋進行了全面改造，改造成全混凝土現澆渠道，在改造時，沒有考慮，水量計量和自動化應用的要求，渠道順地勢挖方修建，縱坡設計在千分之八，造成渠水平均流速在4.5米/s左右，流速很大，又因為一支干渠進水閘是側對著一支干渠修建的，所以水流出閘后主流在渠道中成之字形行進，在計量斷面水尺前，可能形成凸起，也可能形成凹塘，而且隨進水閘前水位，水深的變化，造成水流出閘流速也不同，使水尺前水面狀態也有發生變化，這也造成了水位觀測和流量測量時與灌區分歧嚴重，各種紛爭很多，不利于做好整體流域的合理管理；一支干渠斷面這種高流速，大波浪，水面又呈不規律的扭面形態，造成已架設好的超聲波水位計、及雷達水位計，采集的水位數值不是高就是低，正確的水位數值很少，差值幅度在正負0.18米之間，而且，實時采集的水位值與正確水位值之間的差值還不一樣，無規律可尋，無奈先進的水情自動測報系統只能停用；最終只有人工觀讀水位，4小時一次，中間還要有增加的觀測次數，工作量很大，而且每次去斷面觀測，還要穿越雙向六車道車流量較大的環城公路，很不安全；因此，為了滿足當地社會經濟發揮發展的要求，只有對測驗斷面渠段進行適當的工程改造，以改善斷面流態，充分利用已經建成的超聲波水清采集系統，來改善現在的工作現狀，提升經濟效益的同時，創造更多的環境效益。

四、工程解決方案

工程方案一：

全渠進行改造，閘后設消力墩和消力池或跌水，降低全渠縱坡，使全渠縱坡下降到千分之一左右，以降低流速，平緩水流；這個方案，工程量較大，造價較高，施工時間長，不利于節約水資源。并且方案延續傳統的施工模式，對整個瑪納斯河流域改造產生極為不利的影響，很難滿足當前社會經濟的可持續發展要求。

解決方案二：

對測驗斷面上下游之間渠段改造，在斷面上下游各50米渠段內，在原渠底基礎上，再澆筑一層渠底，使上游面的二層渠底，高出原渠底0.15米，形成一個消能坎，使渠內水流翻坎進入斷面渠段，用以給水流消能減速；二層渠底的下游處，則澆筑成高于原渠底0.85米的二層渠底。在下游新渠底處水流形成跌水，整個改造渠段上下游渠底，要平順澆筑，縱坡控制在千分之一左右，這樣經過斷面的水流就可以控制在1.5米/秒以下。這樣斷面水面就平穩了，無浪無波，無扭曲水面，先進的水情采集自動測報系統就可以使用了。另外，原渠道的渠深設計是1.5米，因渠底加高，改造渠段的渠坡也應相應加高，因為是全挖方渠道，只需做兩邊渠坡相應處理和澆筑即可，行水安全沒有問題。這樣工程處理后，水情自動采集系統在一支干渠使用就沒有問題了。斷面水位可以實時采集，傳送到值班室電腦，工作人員只需要進行相應的校查就可以了，這即減輕了工作人員的大量勞動強度，又降低工作人員每天多次穿越環城公路的交通風險，也避免了夜間去觀測水位的安全問題；這個方案，工程量小，造價低，施工時間較短，較為可行。

綜上所述，在瑪納斯河流域水情自動采集系統應用工程施工過程中，由于渠道流量計量方缺乏溝通協調，造成水量計量的不便和困擾，不僅增加了工程投資，而且不利于節約水資源。因此，建設施工單位需要綜合瑪納斯河流域氣候、水文、地質以及溫度等資料，然后進行整體性的分析，制定完善的瑪納斯河流域水情自動采集系統應用工程施工，提升工程建設的經濟效益、社會效益以及環境效益，推動當地經濟的可持續發展。

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