泰安市胜利水库水文监测系统建设特点及实践应用

张忠科 于 鹏 宋庆健

(泰安市水文局，山东 泰安 271000)

近年来，为全面实施最严格的水资源管理制度，山东省始终把水利工程基础设施建设作为一项重要工作来抓，切实把水文监测系统建设工程作为水利投资建设的优先领域。泰安市胜利水库是市内唯一一座没有水文监测设施设备的中型水库。目前，胜利水库除险加固工程带水文工程已列入“十三五”建设规划，该工程将通过建设完备的水文自动化监测基础设施和技术装备，形成布局科学合理的水文监测站网，完成流域内降水、水位、流量、水质、水文调查等监测任务，达到雨量、水位等水文信息自动化，流量测验智能化目标，为防汛抗旱、工程管理、水资源的配置与保护，提供可靠的技术支撑。

1 水库概况

泰安市胜利水库坐落于黄河流域大汶河一级支流漕河上游，位于泰安市高新区满庄镇南留、北留村东。胜利水库是一座以高新开发区工业用水为主，兼顾农业灌溉、水力发电、水产养殖、旅游开发等综合利用的中型水库。设计洪水位为129.56m，相应最大泄量为24m3/s，总库容为5483万m3。

1.1 引水渠概况

胜利水库是一座靠引水渠补充库区蓄水的中型水库。引水渠全长53.873km，设计引水流量为15m3/s。引水渠道的水主要来自牟汶河、瀛汶河和石汶河3处引水枢纽工程的河水。首先引牟汶河的河水，当引水流量达不到库区蓄水要求时，再引蓄瀛汶河和石汶河的河水。

1.2 水库大坝、溢洪道和放水洞概况

大坝分为主坝和副坝。主坝由南留主坝、北留主坝和北迎主坝组成，坝顶全部贯通为南北方向的交通道路。副坝由南留副坝和北迎副坝组成，其中南留副坝坝顶为东西方向的交通道路。

溢洪道位于北迎副坝西端60.00m处，是一条宽40.00m，长约300.00m的冲沟，无消能防冲工程，自建库以来从未溢洪。

放水洞共4座。其中，1号放水洞位于南留副坝处，4号放水洞位于北迎主坝处，两处放水洞出口均与灌溉干渠连接，主要用于农田灌溉。2号放水洞位于南留主坝处，3号放水洞位于北留主坝处，这两处放水洞主要是供水管道，为高新开发区企业供水。

2 水文监测系统现状及存在的问题

30多年来，胜利水库流域内一直未设立统一、规范的水文监测工程设施设备，仅在库区主坝前设有1处人工取水的水质监测站点及水库管理部门在2号、3号放水洞的供水管道上设置的水量表。

水文监测工程需要解决如下问题：

a.水库的主坝处设有1处人工取样水质监测点，监测项目仅局限于水库水质常规取样监测，年监测频次4次，为水库蓄水、高新区企业供水提供水质指标依据。

b.水库1号、4号放水洞出口渠道上设有1根人工观测水尺，农田灌溉放水时用于观测水位；2号、3号供水管道坝下50.00m出口处建有供水计量、维护房，房间内有混凝土消力池，库水经消力池后进入管道，供企业用户使用。供水水量流量表为管理部门的供水计量依据，多年的统计数据，供水总水量计量与高新区的企业用水水表比对误差很大，一直未找到具体原因。

c.水库没有降雨观测设备，需要降雨观测资料时，只能借助周边较近的雨量观测资料作为参考。

d.水库无水文蒸发观测设施设备，不能观测到水库库区范围内的蒸发量。

e.水库无引水渠流量监测设施设备，无法计算引入库区的水量及流速等。

f.水库无动态的水质指标监测设施设备，不能为引水渠的河水和水库的存量水提供水质监测数据。

3 监测系统建设要求

泰安市胜利水库作为以跨流域引、蓄水为主的中型水库，没有先进的水文技术设施设备和现代化的监测手段，从技术上就无法保障各项工作的顺利实施，建设水文监测系统工程势在必行。

充分运用现代化、网络化及高科技水文监测设施设备布局思路，综合考虑胜利水库对高新区企业供水及农业灌溉需求，结合水文监测系统工程站网规划特点，对胜利水库的水量、流速、蒸发、降雨、水位等监测要素进行综合布局，满足胜利水库的防汛抗旱决策要求，实现水库的流域供水联合调度、入库水量水质分析、洪水预报等技术要求。

4 监测系统整体布局

4.1 监测站点布局情况

根据胜利水库水文监测系统工程现状及存在的问题，水文监测站点的布设，既要考虑胜利水库原有设施功能情况及除险加固后的工程改造情况，还要考虑水库的旅游景观要求，以及水库整个流域、库区范围的水文观测设施设备布设站点的规范要求，经统筹考虑确定布设站点位置及数量。经勘察论证在整个库区范围内共设8处水文监测站点：引水渠水文监测站点、1号放水洞监测站点、2号供水管道监测站点、3号供水管道监测站点、4号放水洞监测站点、溢洪道监测站点、坝顶水位计房监测站点、库区观测场监测站点，见图1。

图1 水文监测站点布局情况

4.2 监测站点建设内容情况

8处水文监测站点确定后，对各站点的建设项目内容进行布设，布设原则为：所有监测站点的建设内容既要符合水库的引、蓄、供等特定功能要求，又要符合水库的旅游景观需求，还要满足水文监测系统建设规划规范要求；各站点的建设内容在设计思路上要有所突破，不能墨守成规；各站点设施建设上要满足水文监测功能要求，并与水库的的景观旅游相结合，统筹设计为古典型的站房设施，不仅能够满足水文监测的功能需要，而且能成为风景区靓丽的水文宣传点；各监测站点在设备选型上既要优先考虑水库的整体功能需求，还要满足水文监测设备的功能要求，选择自动化精度高、比较稳定的遥测设备，以提高水文监测的精度、效率和时效性。胜利水库水文监测站点具体项目内容布设见表1。

表1 胜利水库水文监测站点项目内容布设

4.2.1 引水渠道监测功能要求

为精确地掌握渠道动态引水的水质和水量的数据，在入库口引水渠道处新建监测、景观多功能房，监测房内布设在线非接触式雷达测速系统与在线远程自动化水质监测系统。通过在线非接触式雷达测速系统可以随时查看引水渠上的瞬时流速，计算来水的瞬时流量和累积流量；通过在线水质监测系统可以随时查看水质指标的变化情况，了解指标是否超标；通过人工观测水尺及自动遥测水位监测设备进行渠道水位比对；引水渠道旁新设视频监控系统，可查看渠道水势实时图像、观察仪器设备的运行及维护状况。上述设施设备基本可以满足对引水渠道水位、流速及来水水质指标变化状况等监测数据的收集。

4.2.2 对1号、4号放水洞的监测

在1号、4号放水洞的下游与灌溉干渠处各新建一座测流桥，渠道内设人工观测水尺与遥测水位计设备，在测流桥下布设非接触式测速雷达，渠道边新设视频监控设备。将人工测流与雷达测流系统进行比对，对灌溉水量进行精准计量。

4.2.3 对2号、3号供水管道的监测

在2号、3号供水管道的大坝下新建1处监测、维护多功能景观房，分别在管道上新设多普勒流量仪及超声波流量仪，用于比对流量误差；对所有用水户的水表进行统计累加核对流量数据，找出变化规律。

4.2.4 对溢洪道的监测

由于自建库以来溢洪道就没有溢洪过，经过除险加固工程后，在溢洪道上新设水尺，若有溢洪就用水位推算流量。新设视频监控设备用来监控溢洪道的溢洪过程。

4.2.5 坝顶水位房设施、设备

坝顶是胜利水库的主要景观之一，因此要把水位监测景观房建设得漂亮、美观、气派，并实现自动遥测水位和在线水质指标的监测功能。新设坝顶库区观测水尺及观测道路，遥测水位计采用稳定的浮子式水位计，在线水质监测平台对pH值、总氮、COD、总磷、氨氮等一系列指标进行监测，时刻监控库区的水质变化情况，并通过人工取样监测进行比对。

4.2.6 库区观测场

新设一体化遥测雨量计设备和常用的人工雨量观测设备，保证雨量的正常连续监测和比对误差；蒸发监测采用自动遥测蒸发设备和E601人工观测设备，可以比对蒸发的准确率。

建设以上水文监测工程项目，可以实时查看水库的基本情况以及水位、流量、水势变化情况，视频监控图像可以和水文监测动态数据、水质变化数据在一个显示终端设备上显示，实现现场图像与数据信息的共享。

4.3 工程建设项目的应用

a.该水文监测工程的建设，弥补了胜利水库无水文监测站点的空白，从根本上解决了泰安市胜利水库防汛抗旱资料不全的问题。建成的水文自动测报系统，实现了水文信息采集、传输、存储的自动化，不仅可以准确地监测雨情、水位、水量等信息数据，实现报汛自动化，还能准确地计算分析出区域用水量，大大提高水文信息的时效性和利用率，为实现胜利水库水文的全面优质服务提供技术保证。

b.通过水文水资源监测站网的实时信息，实现了泰安市高新区工业供水格局的合理分配，精确计量用水量，为落实最严格的水资源管理制度，服务于泰安市水资源管理与配置，完善科学合理的灌溉制度提供依据。通过掌握水库中的水量动态变化情况，有利于解决水源的时空分布不均和高新开发区众多企业用水户之间的矛盾，优先解决了企业用户的急需用水量。

c.各水文监测站点视频监控系统工程的建成，实现了管理人员在办公室就可以看到网络视频监控提供的各站点的实时图像，不在办公室时也可以在手机上查看各站点的实时图像。通过查看各站点设施设备的实时图像及仪器数据显示情况，工作人员可以直观地观测仪器设备的运转情况，也可以看到水势的运动情况及周围环境的变化情况。通过站点视频监控的网络图像传播减少了工作人员到各监测站点的次数，大大减轻了工作量，还能够有效防止设施设备的人为破坏。

5 工程建设的建议与展望

5.1 水文设施美化设计

胜利水库已经改建为天颐湖水利风景区，按照“一核、一环、两湖、多板块”的规划结构体系进行规划，通过景观生态系统的构建，形成以“山、城、湖、人”为规划特色的城市新景观、新气象。在设计水文基础设施时应融入建筑艺术语言，结合周边自然、人文和生态，将水文建筑物更好地融于周围环境，在不影响其水文监测功能发挥的前提下，对其进行建设和美化，体现出水工建筑物的科学、艺术和人文等特色，设计出别具一格的水文设施景观，并配备现代化的水文遥测设备。通过招投标确定出信用好、施工队伍过硬的企业，把水文工程建设成为高标准、高质量的示范工程，使其成为水文行业的亮点和标杆。在人流较多的景区，水文景观观测设施工程的建设不仅能带动水库的旅游发展，产生直接的经济效益，更是对水文行业的有力宣传。

5.2 水文监测工程建设展望

水文监测体系的建设为水库的管理工作提供了高效、快捷的决策服务依据，水文监测设施设备的建设与水库的旅游开发融合发展，增添了旅游景点，增加了旅游收益，开创了泰安市水库建设史的创新发展记录，也可为全国同类水库的水文监测工程建设提供借鉴。在以后的水库旅游发展过程中要逐渐对群众开放水文监测设备，让公众了解水文、参与到水文工作中，让水文监测服务在发挥防洪减灾等功能的同时，也能够发挥宣教、景观等作用。

胜利水库的水文监测系统运行与维护主要以水库管理部门为主，水文管理部门主要以业务管理为主，两部门齐抓共管。水文监测数据的网络传输、各站点视频实时图像实现“一机两传”，在线数据同时传输到水库管理部门和水文管理部门。

6 结 语

泰安市胜利水库水文监测系统工程的站点布设及站点监测内容的建设，将补齐胜利水库水文监测系统的短板，为水库的宏观调控及微观协调产生社会效益和经济效益，为高新开发区的企业用水提供了质和量的保障，为泰安市的招商引资打下坚实基础。为综合治理胜利水库上游水污染提供了数据支持，为防汛抗旱提供了决策资料，为全国同类水库的水文监测工程提供了借鉴作用。工程项目建设完成后，在具体的实践应用过程中后续的维护工作和管理工作有待进一步思考，应出台相应的保护措施和保护条例，健全管理制度，依法维护水文监测设施工程的正常运行。