泰安市勝利水庫水文監測系統建設特點及實踐應用

張忠科 于 鵬 宋慶健

(泰安市水文局，山東 泰安 271000)

近年來，為全面實施最嚴格的水資源管理制度，山東省始終把水利工程基礎設施建設作為一項重要工作來抓，切實把水文監測系統建設工程作為水利投資建設的優先領域。泰安市勝利水庫是市內唯一一座沒有水文監測設施設備的中型水庫。目前，勝利水庫除險加固工程帶水文工程已列入“十三五”建設規劃，該工程將通過建設完備的水文自動化監測基礎設施和技術裝備，形成布局科學合理的水文監測站網，完成流域內降水、水位、流量、水質、水文調查等監測任務，達到雨量、水位等水文信息自動化，流量測驗智能化目標，為防汛抗旱、工程管理、水資源的配置與保護，提供可靠的技術支撐。

1 水庫概況

泰安市勝利水庫坐落于黃河流域大汶河一級支流漕河上游，位于泰安市高新區滿莊鎮南留、北留村東。勝利水庫是一座以高新開發區工業用水為主，兼顧農業灌溉、水力發電、水產養殖、旅游開發等綜合利用的中型水庫。設計洪水位為129.56m，相應最大泄量為24m3/s，總庫容為5483萬m3。

1.1 引水渠概況

勝利水庫是一座靠引水渠補充庫區蓄水的中型水庫。引水渠全長53.873km，設計引水流量為15m3/s。引水渠道的水主要來自牟汶河、瀛汶河和石汶河3處引水樞紐工程的河水。首先引牟汶河的河水，當引水流量達不到庫區蓄水要求時，再引蓄瀛汶河和石汶河的河水。

1.2 水庫大壩、溢洪道和放水洞概況

大壩分為主壩和副壩。主壩由南留主壩、北留主壩和北迎主壩組成，壩頂全部貫通為南北方向的交通道路。副壩由南留副壩和北迎副壩組成，其中南留副壩壩頂為東西方向的交通道路。

溢洪道位于北迎副壩西端60.00m處，是一條寬40.00m，長約300.00m的沖溝，無消能防沖工程，自建庫以來從未溢洪。

放水洞共4座。其中，1號放水洞位于南留副壩處，4號放水洞位于北迎主壩處，兩處放水洞出口均與灌溉干渠連接，主要用于農田灌溉。2號放水洞位于南留主壩處，3號放水洞位于北留主壩處，這兩處放水洞主要是供水管道，為高新開發區企業供水。

2 水文監測系統現狀及存在的問題

30多年來，勝利水庫流域內一直未設立統一、規范的水文監測工程設施設備，僅在庫區主壩前設有1處人工取水的水質監測站點及水庫管理部門在2號、3號放水洞的供水管道上設置的水量表。

水文監測工程需要解決如下問題：

a.水庫的主壩處設有1處人工取樣水質監測點，監測項目僅局限于水庫水質常規取樣監測，年監測頻次4次，為水庫蓄水、高新區企業供水提供水質指標依據。

b.水庫1號、4號放水洞出口渠道上設有1根人工觀測水尺，農田灌溉放水時用于觀測水位；2號、3號供水管道壩下50.00m出口處建有供水計量、維護房，房間內有混凝土消力池，庫水經消力池后進入管道，供企業用戶使用。供水水量流量表為管理部門的供水計量依據，多年的統計數據，供水總水量計量與高新區的企業用水水表比對誤差很大，一直未找到具體原因。

c.水庫沒有降雨觀測設備，需要降雨觀測資料時，只能借助周邊較近的雨量觀測資料作為參考。

d.水庫無水文蒸發觀測設施設備，不能觀測到水庫庫區范圍內的蒸發量。

e.水庫無引水渠流量監測設施設備，無法計算引入庫區的水量及流速等。

f.水庫無動態的水質指標監測設施設備，不能為引水渠的河水和水庫的存量水提供水質監測數據。

3 監測系統建設要求

泰安市勝利水庫作為以跨流域引、蓄水為主的中型水庫，沒有先進的水文技術設施設備和現代化的監測手段，從技術上就無法保障各項工作的順利實施，建設水文監測系統工程勢在必行。

充分運用現代化、網絡化及高科技水文監測設施設備布局思路，綜合考慮勝利水庫對高新區企業供水及農業灌溉需求，結合水文監測系統工程站網規劃特點，對勝利水庫的水量、流速、蒸發、降雨、水位等監測要素進行綜合布局，滿足勝利水庫的防汛抗旱決策要求，實現水庫的流域供水聯合調度、入庫水量水質分析、洪水預報等技術要求。

4 監測系統整體布局

4.1 監測站點布局情況

根據勝利水庫水文監測系統工程現狀及存在的問題，水文監測站點的布設，既要考慮勝利水庫原有設施功能情況及除險加固后的工程改造情況，還要考慮水庫的旅游景觀要求，以及水庫整個流域、庫區范圍的水文觀測設施設備布設站點的規范要求，經統籌考慮確定布設站點位置及數量。經勘察論證在整個庫區范圍內共設8處水文監測站點：引水渠水文監測站點、1號放水洞監測站點、2號供水管道監測站點、3號供水管道監測站點、4號放水洞監測站點、溢洪道監測站點、壩頂水位計房監測站點、庫區觀測場監測站點，見圖1。

圖1 水文監測站點布局情況

4.2 監測站點建設內容情況

8處水文監測站點確定后，對各站點的建設項目內容進行布設，布設原則為：所有監測站點的建設內容既要符合水庫的引、蓄、供等特定功能要求，又要符合水庫的旅游景觀需求，還要滿足水文監測系統建設規劃規范要求；各站點的建設內容在設計思路上要有所突破，不能墨守成規；各站點設施建設上要滿足水文監測功能要求，并與水庫的的景觀旅游相結合，統籌設計為古典型的站房設施，不僅能夠滿足水文監測的功能需要，而且能成為風景區靚麗的水文宣傳點；各監測站點在設備選型上既要優先考慮水庫的整體功能需求，還要滿足水文監測設備的功能要求，選擇自動化精度高、比較穩定的遙測設備，以提高水文監測的精度、效率和時效性。勝利水庫水文監測站點具體項目內容布設見表1。

表1 勝利水庫水文監測站點項目內容布設

4.2.1 引水渠道監測功能要求

為精確地掌握渠道動態引水的水質和水量的數據，在入庫口引水渠道處新建監測、景觀多功能房，監測房內布設在線非接觸式雷達測速系統與在線遠程自動化水質監測系統。通過在線非接觸式雷達測速系統可以隨時查看引水渠上的瞬時流速，計算來水的瞬時流量和累積流量；通過在線水質監測系統可以隨時查看水質指標的變化情況，了解指標是否超標；通過人工觀測水尺及自動遙測水位監測設備進行渠道水位比對；引水渠道旁新設視頻監控系統，可查看渠道水勢實時圖像、觀察儀器設備的運行及維護狀況。上述設施設備基本可以滿足對引水渠道水位、流速及來水水質指標變化狀況等監測數據的收集。

4.2.2 對1號、4號放水洞的監測

在1號、4號放水洞的下游與灌溉干渠處各新建一座測流橋，渠道內設人工觀測水尺與遙測水位計設備，在測流橋下布設非接觸式測速雷達，渠道邊新設視頻監控設備。將人工測流與雷達測流系統進行比對，對灌溉水量進行精準計量。

4.2.3 對2號、3號供水管道的監測

在2號、3號供水管道的大壩下新建1處監測、維護多功能景觀房，分別在管道上新設多普勒流量儀及超聲波流量儀，用于比對流量誤差；對所有用水戶的水表進行統計累加核對流量數據，找出變化規律。

4.2.4 對溢洪道的監測

由于自建庫以來溢洪道就沒有溢洪過，經過除險加固工程后，在溢洪道上新設水尺，若有溢洪就用水位推算流量。新設視頻監控設備用來監控溢洪道的溢洪過程。

4.2.5 壩頂水位房設施、設備

壩頂是勝利水庫的主要景觀之一，因此要把水位監測景觀房建設得漂亮、美觀、氣派，并實現自動遙測水位和在線水質指標的監測功能。新設壩頂庫區觀測水尺及觀測道路，遙測水位計采用穩定的浮子式水位計，在線水質監測平臺對pH值、總氮、COD、總磷、氨氮等一系列指標進行監測，時刻監控庫區的水質變化情況，并通過人工取樣監測進行比對。

4.2.6 庫區觀測場

新設一體化遙測雨量計設備和常用的人工雨量觀測設備，保證雨量的正常連續監測和比對誤差；蒸發監測采用自動遙測蒸發設備和E601人工觀測設備，可以比對蒸發的準確率。

建設以上水文監測工程項目，可以實時查看水庫的基本情況以及水位、流量、水勢變化情況，視頻監控圖像可以和水文監測動態數據、水質變化數據在一個顯示終端設備上顯示，實現現場圖像與數據信息的共享。

4.3 工程建設項目的應用

a.該水文監測工程的建設，彌補了勝利水庫無水文監測站點的空白，從根本上解決了泰安市勝利水庫防汛抗旱資料不全的問題。建成的水文自動測報系統，實現了水文信息采集、傳輸、存儲的自動化，不僅可以準確地監測雨情、水位、水量等信息數據，實現報汛自動化，還能準確地計算分析出區域用水量，大大提高水文信息的時效性和利用率，為實現勝利水庫水文的全面優質服務提供技術保證。

b.通過水文水資源監測站網的實時信息，實現了泰安市高新區工業供水格局的合理分配，精確計量用水量，為落實最嚴格的水資源管理制度，服務于泰安市水資源管理與配置，完善科學合理的灌溉制度提供依據。通過掌握水庫中的水量動態變化情況，有利于解決水源的時空分布不均和高新開發區眾多企業用水戶之間的矛盾，優先解決了企業用戶的急需用水量。

c.各水文監測站點視頻監控系統工程的建成，實現了管理人員在辦公室就可以看到網絡視頻監控提供的各站點的實時圖像，不在辦公室時也可以在手機上查看各站點的實時圖像。通過查看各站點設施設備的實時圖像及儀器數據顯示情況，工作人員可以直觀地觀測儀器設備的運轉情況，也可以看到水勢的運動情況及周圍環境的變化情況。通過站點視頻監控的網絡圖像傳播減少了工作人員到各監測站點的次數，大大減輕了工作量，還能夠有效防止設施設備的人為破壞。

5 工程建設的建議與展望

5.1 水文設施美化設計

勝利水庫已經改建為天頤湖水利風景區，按照“一核、一環、兩湖、多板塊”的規劃結構體系進行規劃，通過景觀生態系統的構建，形成以“山、城、湖、人”為規劃特色的城市新景觀、新氣象。在設計水文基礎設施時應融入建筑藝術語言，結合周邊自然、人文和生態，將水文建筑物更好地融于周圍環境，在不影響其水文監測功能發揮的前提下，對其進行建設和美化，體現出水工建筑物的科學、藝術和人文等特色，設計出別具一格的水文設施景觀，并配備現代化的水文遙測設備。通過招投標確定出信用好、施工隊伍過硬的企業，把水文工程建設成為高標準、高質量的示范工程，使其成為水文行業的亮點和標桿。在人流較多的景區，水文景觀觀測設施工程的建設不僅能帶動水庫的旅游發展，產生直接的經濟效益，更是對水文行業的有力宣傳。

5.2 水文監測工程建設展望

水文監測體系的建設為水庫的管理工作提供了高效、快捷的決策服務依據，水文監測設施設備的建設與水庫的旅游開發融合發展，增添了旅游景點，增加了旅游收益，開創了泰安市水庫建設史的創新發展記錄，也可為全國同類水庫的水文監測工程建設提供借鑒。在以后的水庫旅游發展過程中要逐漸對群眾開放水文監測設備，讓公眾了解水文、參與到水文工作中，讓水文監測服務在發揮防洪減災等功能的同時，也能夠發揮宣教、景觀等作用。

勝利水庫的水文監測系統運行與維護主要以水庫管理部門為主，水文管理部門主要以業務管理為主，兩部門齊抓共管。水文監測數據的網絡傳輸、各站點視頻實時圖像實現“一機兩傳”，在線數據同時傳輸到水庫管理部門和水文管理部門。

6 結 語

泰安市勝利水庫水文監測系統工程的站點布設及站點監測內容的建設，將補齊勝利水庫水文監測系統的短板，為水庫的宏觀調控及微觀協調產生社會效益和經濟效益，為高新開發區的企業用水提供了質和量的保障，為泰安市的招商引資打下堅實基礎。為綜合治理勝利水庫上游水污染提供了數據支持，為防汛抗旱提供了決策資料，為全國同類水庫的水文監測工程提供了借鑒作用。工程項目建設完成后，在具體的實踐應用過程中后續的維護工作和管理工作有待進一步思考，應出臺相應的保護措施和保護條例，健全管理制度，依法維護水文監測設施工程的正常運行。