浅谈地下水位自动监测系统在石佛寺水库的应用

王省山 苑晓倩

(1.辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166；2.辽宁省石佛寺水库工程建设管理局，辽宁 沈阳 110166)

浅谈地下水位自动监测系统在石佛寺水库的应用

王省山1苑晓倩2

(1.辽宁省大伙房水库输水工程建设局， 辽宁 沈阳 110166；2.辽宁省石佛寺水库工程建设管理局，辽宁 沈阳 110166)

本文介绍了由中心控制站和地下水位遥测站组成的石佛寺水库地下水位自动监测系统，及该系统在实时采集地下水位数据时，对所需数据进行的加工整理、建立的地下水位监测数据库等特征，意在为水库的日常运行管理、维修养护、防洪调度提供客观、准确的科学依据。

石佛寺水库； 地下水位； 自动监测系统； 应用

1 工程概况

石佛寺水库坝址位于沈阳市新城子区黄家乡和法库县依牛堡乡。水库主副坝全长42.60km，泄洪闸16孔。设计洪水标准100年一遇，洪水校核标准300年一遇；相应设计洪水位50.22m，滞洪库容1.60亿m3，校核洪水位50.69m，总库容1.85亿m3，工程等级为Ⅱ等2级，设计防震烈度为Ⅶ度。石佛寺水库是一座以解决辽河干流防洪为主，调节本流域径流、远景担负“北水南调”的反调节任务的大型平原水库。

2 系统研究目的

石佛寺水库主要功能是滞洪。水库左岸主坝18.3km，右岸副坝20.6km。为节约投资，在确保坝体和坝基渗透稳定的前提下，仅少部分坝基做防渗处理。在水库滞洪运用期和蓄水试验期，出现了一定程度淹没坝外农田的现象。同时，该地区地下水资源较为富集，地下水与地表水联系非常密切。为准确评价石佛寺水库地下水、地表水的补、排关系，研究运行时水库对库外的浸没影响，需要通过监测设备对库区内、外进行地下水位监测。要求设备自动采集、记录、整理日内最低、最高地下水位数据及其发生时间，及时、客观反映地下水位的动态变化情况，为适当蓄水和水资源开发利用积累可靠的基础资料。

3 地下水位自动监测系统

3.1 系统结构

系统结构包括1个中心控制站和10个地下水位遥测站。10个地下水位遥测站分别布设在两个监测断面，其中6个遥测站在库区内，4个遥测站在库区外(见图1)。

图1 系统结构示意图

3.1.1 中心控制站

中心控制站设于石佛寺水库管理局综合管理楼，由HSST—2002ZZ主站通信单元、计算机系统及中心控制柜等组成。专用管理软件可实现对各地下水位遥测站的远程数据采集，具有数据查询、共享和打印等功能。软件可根据用户需求随时(或定时)与智能遥测终端进行连接，完成对遥测站的数据采集和汇总及所要求的各种数据的存储、备份、制成报表、绘制变化图等，综合分析水位变化。同时，应用SQL SERVER数据库实现局域网数据共享，实现多级、多管段监控。

3.1.2 地下水位遥测站

遥测站为无人值守站，根据设计洪水位(50.22m)确定监测井高程，可自动实时采集、存储地下水位数据，并以超短波频率传输到中心控制站。库区内6眼监测井井口高程在50m左右，库区外4眼监测井井口高程在46～48m之间，监测井井口高于地面2m，监测点井深12m，开孔直径0.30m。监测井加高钢管采用镀锌钢管，直径0.22m，高度约4m。每个遥测站安装的地下水位自动采集设备由光电式浮子水位计、智能遥测终端、太阳能电池、充电控制器及蓄电池等构成。

3.2 系统功能

系统基本功能包括水位即时(历史)数据手动及时/定时自动抄录，水位数据定时/实时上传，水位及时(历史)数据组合抄录，水位数据定点、定组实时监控，水位数据综合查询、分时段水位数据查询、水位变化分析与报表处理等17项功能。

扩展功能可根据用户的不同要求定制，以满足如电子地图绘制、安全管理、远程维护管理、综合数据自动上报、局域网接入及数据共享、网络PDA终端配套，实现数据随身查询等8项功能。

3.3 配套设施

3.3.1 智能遥测终端

石佛寺水库地下水位自动监测系统的智能遥测终端安装在库区地下水位监测点，型号为HSST-2002WZ。终端实时监测地下水位的动态变化，并完成水位数据的数字存储、处理工作。智能遥测终端电路采取模块化结构设计，功耗较低，具有定时存储地下水位数据，定时自动上传或按管理中心指令实现数据的远程传送、接受管理中心指令灵活的参数设定与更改、电源监控及电源供电情况记录、数据掉电保护不丢失等功能(见下页图2)。

图2 智能遥测终端

3.3.2 光电式浮子水位计

GD系列光电式浮子水位计集光、机、电等精密技术于一体，通过光电转换，将输出轴的角位移转换成相应的数字量。当码盘转动时，可连续输出与码盘旋转位置相对应的一组二进制编码，以此确认绝对位置。该水位计具有旋转阻力小、体积小、量程大、断电记忆、跟踪测量准确等优点(见图3)。

图3 光电式浮子水位计

3.3.3 太阳能电池

根据太阳能电池所用材料、生产工艺和结构的不同，主要可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅三种。石佛寺水库地下水位自动监测系统使用单晶硅太阳能电池，其转换效率最高(转换效率13%～15%，有的已达到20%以上)、面积小、输出功率大、稳定性好，使用一般可达20年以上。

3.3.4 设备保护装置

为确保遥测站设备的安全，总结以往水位监测系统的施工及设备处理经验，特制定如下措施：ⓐ现场设备放入钢制保护桶中，加锁保护；ⓑ保护桶架高，防止人为损坏；ⓒ太阳能电池架高，防止人为损坏；ⓓ天线采用高增益超短天线，避免雷击(见图4)。

图4 保护装置结构

4 地下水监测的规范要求

a.按规范要求进行定期观测，并有专门记录。地下水位监测系统每天上午8：00自动观测一次，汛期根据实际情况加密监测。专门记录，每月对上月的数据进行整理、分析、保存。

b.观测资料内容齐全，符合规范要求。根据现行《地下水监测规范》中水位资料整编的要求编制石佛寺水库地下水位统计表、石佛寺水库地下水位逐日监测成果表、石佛寺水库地下水位历时曲线图，并对成果进行校核和审查。观测资料工序齐全，符合规范要求。

c.按规范要求进行初步分析，提出分析意见；形成电子文档，用计算机按时整编成册。利用计算机地下水位监测系统软件及辅助软件对测值进行了整编，绘制了地下水位历时曲线图,形成电子文档并按时整编成册。根据资料整编成果，结合水库的实际情况，形成数据分析意见。

d.发现工程出现异常现象或问题，立即上报并加密监测次数。定期对监测系统软、硬件进行维护、巡查。发现问题及时解决，对重大问题及时上报。

e.每年5月前整理完上年观测资料，并对资料进行分析，形成分析报告。每年5月前完成上一年的的数据分析工作，并画出各测点的历时曲线图，分析地下水同地表水变化的规律，以及地表水与地下水补给关系。并将分析成果整编成册。

5 结 语

地下水位监测是水库日常管理的一项常规性、基础性工作，在水库建设、水库管理、防洪调度和水库安全等方面发挥着举足轻重的作用。此前，部分地下水位监测工作一直依靠人工进行，不可避免地存在“数据受人为因素影响、监测及时性无法确保、精确度较低、费用较高、管理复杂”等诸多缺点，监测频率也因种种客观因素难以提高，导致地下水位数据的可信性、可用性较低。

地下水位自动监测系统在石佛寺水库的成功应用，不仅实时监测了地下水位的数据，还可以根据水库运行单位的需要，存储、加工、整理、汇总地下水位数据，并建立了石佛寺地下水位监测数据库，配合水库的雨情、水情预警预报系统，为水库的运行、管理提供了客观可靠的技术支撑和科学保障。

Brief discussion on application of underground water level auto monitoring system in Shifosi Reservoir

WANG Xingshan, YUAN Xiaoqian

(1.LiaoningDahuofangReservoirWaterConveyanceProjectConstructionBureau,Shengyang110166,China;2.LiaoningShifosiReservoirEngineeringConstructionBureau,Shenyang110166,China)

The underground water level auto monitoring system in Shifosi Reservoir organized by the Center Control Station and the Underground Water Level Telemetering Station, as well as its features of processing and sorting of required data, and underground water level monitoring database when the system collects underground water level data at real time are introduced in the paper. It is intended to provide objective and accurate scientific bases for daily operation management, maintenance and flood control scheduling at reservoirs.

Shifosi Reservoir; underground water level; auto monitoring system; application

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2015.03.011

TV522

A

1005-4774(2015)03-0043-04