劉宗國(guó)，劉 剛，劉長(zhǎng)柱

（淄博市太河水庫(kù)管理中心，山東 淄博 255178）

太河水庫(kù)是淄博市庫(kù)容最大、水質(zhì)最好的地表水源地，自1998年開始為淄川區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)近20萬(wàn)人供水，到目前已承擔(dān)起3區(qū)8鎮(zhèn)近140萬(wàn)人的生活供水任務(wù)，市太河水庫(kù)管理局始終堅(jiān)持生態(tài)思維和發(fā)展理念，積極探索供水新模式，將農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)補(bǔ)源、生活供水相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一渠多用，將農(nóng)業(yè)灌溉、生態(tài)補(bǔ)源、生活供水與水力發(fā)電相結(jié)合，將季節(jié)性間斷發(fā)電轉(zhuǎn)化成常年不間斷發(fā)電，實(shí)現(xiàn)一水多用，不僅盤活了固定資產(chǎn)，而且大幅節(jié)約了水資源、土地資源和政府投資，提高了供水保證率，經(jīng)濟(jì)效益大幅增加，僅水力發(fā)電一項(xiàng)年增加效益80多萬(wàn)元。

1 太河水庫(kù)供水概況

太河水庫(kù)是淄博市最大的水利樞紐工程，總庫(kù)容1.833億m3，興利庫(kù)容1.128億m3。太河水庫(kù)水源優(yōu)質(zhì)，常年穩(wěn)定在國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)以上，2016年被列入全國(guó)重要飲用水水源地名錄。為解決部分人畜用水困難，太河水庫(kù)自1998年開始通過(guò)總干渠向淄川區(qū)三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水，2006年開始向張店區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水，2011年開始向張店中心城區(qū)供水，2018年開始向臨淄城區(qū)供水。相繼承擔(dān)了三區(qū)（淄川、張店、臨淄）、八鎮(zhèn)（羅村、寨里、洪山、雙楊鎮(zhèn)；灃水、南定、湖田、中埠鎮(zhèn)）近140萬(wàn)人的生活供水任務(wù)。

目前，太河水庫(kù)供水工程，由始建于20世紀(jì)70年代的太河水庫(kù)總干渠，經(jīng)過(guò)灌區(qū)節(jié)水改造（1999—2006年）和“引太入張”工程（2009—2011年）維修加固而成。總干渠全長(zhǎng)26.3 km，渠道有4 m×3.6 m（寬×深）和7m×3.6 m（寬×深）兩種斷面型式，主要構(gòu)筑物為渡槽、土石洞、水閘61座，設(shè)計(jì)流量25 m3/s，分別經(jīng)過(guò)一、二、三干渠向淄川區(qū)、張店區(qū)和臨淄區(qū)供水。

2 測(cè)水量水探索歷程

測(cè)水量水工作是灌區(qū)灌溉和城鎮(zhèn)供水管理工作的重要組成部分，是水資源優(yōu)化配置、合理調(diào)度、計(jì)劃用水、計(jì)量收費(fèi)的重要依據(jù)，是加強(qiáng)灌區(qū)和城鎮(zhèn)供水經(jīng)營(yíng)管理的重要手段，也是事關(guān)供用水雙方直接利益的一項(xiàng)重要工作。對(duì)供水工程進(jìn)行流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)了解灌區(qū)和城鎮(zhèn)用水量，對(duì)于用水、調(diào)水、計(jì)量和結(jié)算非常有控制意義，太河水庫(kù)測(cè)水量水計(jì)量系統(tǒng)共計(jì)經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。

2.1 人工旋杯式流速儀量測(cè)階段

1997年以前灌區(qū)基本采用LS 68旋杯式流速儀量測(cè)渠道上選定渠道斷面的水位及各垂線的流速，推求過(guò)水?dāng)嗝婷娣e及過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉伲僖源擞?jì)算渠道流量，再根據(jù)流量，計(jì)算水量。

旋杯式流速儀主要用于量測(cè)季節(jié)性農(nóng)業(yè)灌溉水量。其主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精準(zhǔn)、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便。主要缺點(diǎn)是工作量大，每次水位變化都要進(jìn)行量測(cè)，耗費(fèi)大量人力；不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位和流速數(shù)據(jù)；人為因素造成的誤差較大，如計(jì)算誤差、測(cè)點(diǎn)位置放置不當(dāng)、斷面選擇不當(dāng)?shù)龋皇芰繙y(cè)條件影響大，比如氣候、溫度、雨雪、交通、渠系參數(shù)等。流速儀需定期進(jìn)行檢修和保養(yǎng)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。

2.2 人工旋槳式流速儀與梯形量水堰相結(jié)合量測(cè)階段

1998—1999 年采用LS 20B旋槳式流速儀與梯形量水堰相結(jié)合測(cè)定灌溉農(nóng)業(yè)用水和少量鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活供水，利用梯形量水堰進(jìn)行計(jì)量和LS 20B旋槳式流速儀進(jìn)行流量校核的方式，一定程度保證了計(jì)量的準(zhǔn)確性，主要用于量測(cè)季節(jié)性農(nóng)業(yè)灌溉和少量鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活供水。

梯形堰主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、易于制造、測(cè)計(jì)方便。主要缺點(diǎn)是測(cè)定流量范圍小，灌溉渠道現(xiàn)場(chǎng)條件要求高，要求含沙量小，坡降比高。

2.3 初步遙測(cè)階段

1999—2009 年，太河水庫(kù)灌區(qū)結(jié)合續(xù)建配套和節(jié)水改造工程，實(shí)施了測(cè)水量水自動(dòng)化遙測(cè)系統(tǒng)，即浮子式水位計(jì)測(cè)定水位，采用有線通訊和局部站點(diǎn)無(wú)線傳輸相結(jié)合的組網(wǎng)方式，根據(jù)水位～流量關(guān)系曲線推求流量、水量。使用LS 20B便攜式旋漿式流速儀作為流量率定和測(cè)定的主要設(shè)備。

主要優(yōu)點(diǎn)是：能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水位數(shù)據(jù)；水位數(shù)據(jù)初次進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存，可以進(jìn)行訪問(wèn)、打印、統(tǒng)計(jì)分析等；水位～流量關(guān)系曲線輸入系統(tǒng)軟件，能自動(dòng)進(jìn)行流量和水量計(jì)算，省去大量人力。

主要缺點(diǎn)是：受有線通訊和局部站點(diǎn)無(wú)線傳輸相結(jié)合的組網(wǎng)方式影響，通訊故障頻發(fā)，傳輸效果差，保證率低；受原始的56 k調(diào)制解調(diào)器撥號(hào)連接影響，傳輸信息量小，速度慢；水位～流量關(guān)系曲線推求流量的方式常常因?yàn)楣┧畻l件的變化而不能反映實(shí)際流量，特別是遙測(cè)系統(tǒng)無(wú)法解決來(lái)水退水相同水位不同流速的實(shí)際情況；技術(shù)含量不高，只是解決了人工到現(xiàn)場(chǎng)看水位的問(wèn)題，基本上沒(méi)有解決實(shí)質(zhì)問(wèn)題。

2.4 自動(dòng)化遙測(cè)階段

2009—2011 年，太河水庫(kù)實(shí)施了“引太入張”供水工程，灌溉供水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水、城鎮(zhèn)供水、生態(tài)供水“一渠多用、一水多用”成為常態(tài)，這就要求實(shí)現(xiàn)供水的精準(zhǔn)化自動(dòng)化量測(cè)，以滿足實(shí)時(shí)調(diào)度和供水計(jì)量結(jié)算要求。為此在渠首測(cè)水橋、一干渠進(jìn)口、廟子溝管理站、趙莊渡槽出口、二干箱涵出口，設(shè)立了先進(jìn)的H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)；在徐旺管道進(jìn)口設(shè)立了先進(jìn)的電磁流量計(jì)。真正實(shí)現(xiàn)了供水測(cè)量的自動(dòng)化，建立了具有實(shí)時(shí)接收、處理等功能的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠自由接收、處理、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)水情數(shù)據(jù)，并具有訪問(wèn)、打印、統(tǒng)計(jì)分析等主要功能。

（1）H-ADCP儀器流速、流量測(cè)量精度高、分辨率高，能夠達(dá)到結(jié)算要求，特別適合于寬度較窄和供水水位較高的渠道中安裝。

它具有以下優(yōu)點(diǎn)：體積小，便于安裝，在渠墻或固定物水平安裝即可。集成化、信息化程度高；H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)能夠輸出流速、水位、流量、水溫?cái)?shù)據(jù)，信息化集成相當(dāng)可靠。輸出信號(hào)為RS 422信號(hào)，便于傳輸和接收。能夠真實(shí)反映同一水位流速不同的情況，為實(shí)時(shí)調(diào)控水量提供可靠信息。損壞和維修率低，H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)自身質(zhì)量過(guò)硬，故障率非常低。

主要缺點(diǎn)：限于安裝高度，對(duì)于小流量不能進(jìn)行測(cè)定。率定較困難，在實(shí)際率定中，一般不可能給出十幾個(gè)供水工況來(lái)滿足率定要求，率定周期過(guò)長(zhǎng)。設(shè)備造價(jià)高，維修維護(hù)費(fèi)用高，有些故障國(guó)內(nèi)無(wú)法解決，要返回美國(guó)廠家維修。

（2）電磁流量計(jì)是一種根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來(lái)測(cè)量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表，多用于供水末端計(jì)量點(diǎn)。

主要優(yōu)點(diǎn)：計(jì)量準(zhǔn)確，正反向測(cè)定流量，量程范圍大，無(wú)需率定，供需雙方無(wú)爭(zhēng)議，雜物不易纏繞、堵塞。

主要缺點(diǎn)：必須滿管測(cè)量，不能測(cè)定電導(dǎo)率低的液體，容易受外界電磁干擾。

2.5 組合型階段

限于H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)的缺陷，2011—2014年在渠首測(cè)水橋、趙家溝渡槽、一干渠進(jìn)口、廟子溝管理站、趙莊渡槽出口、二干箱涵出口及徐旺管道進(jìn)口等8處測(cè)水點(diǎn)加設(shè)其他測(cè)水設(shè)備，形成組合型測(cè)水結(jié)構(gòu)，充分保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性和可靠性，既能滿足農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)補(bǔ)源時(shí)的大流量供水需求，又能滿足生活供水時(shí)的小流量供水需求。其中在渠首測(cè)流橋加設(shè)超聲波水位計(jì)，在趙家溝渡槽設(shè)立了浮子式水位計(jì)，在一干渠進(jìn)口加設(shè)浮子式水位計(jì)、矩形堰板式明渠流量計(jì)，在黑旺溝渡槽出口下游、廟子溝管理站安裝自收纜水位計(jì)，在二干渠進(jìn)口安裝浮子式水位計(jì)，在三干渠進(jìn)口安裝浮子式水位計(jì)、矩形堰板式明渠流量計(jì)，在二干箱涵出口安裝了自收纜水位計(jì)和矩形堰板式明渠流量計(jì)，相同測(cè)點(diǎn)各種流量計(jì)之間互為備用，互相驗(yàn)證。

在以上測(cè)水設(shè)備中浮子式水位計(jì)、超聲波水位計(jì)主要用來(lái)測(cè)定水位，加裝485模塊后能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，根據(jù)流量曲線查詢流量，簡(jiǎn)單實(shí)用；矩形堰板式明渠流量計(jì)能夠測(cè)定小流量，安裝簡(jiǎn)單，造價(jià)低，且矩形堰現(xiàn)場(chǎng)堰板能夠根據(jù)流量大小要求組合拆裝使用，計(jì)量精度高，測(cè)定流量范圍大，完全能夠滿足結(jié)算和調(diào)度的要求；矩形堰表頭流量和水位數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)置在閘室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器解析后，通過(guò)光纖通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。這兩種測(cè)水設(shè)備是H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)的有益補(bǔ)充，對(duì)于H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)測(cè)定不到的小流量，矩形堰板式明渠流量計(jì)和浮子式水位計(jì)均能測(cè)定。

多種設(shè)備共存的優(yōu)勢(shì)。一是多種測(cè)水設(shè)備共存，可以多條腿走路，避免一種設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致供水無(wú)法計(jì)量，提高了供水計(jì)量保證率，提高了計(jì)量精度；二是相同測(cè)點(diǎn)各種流量計(jì)之間互為備用，互相驗(yàn)證；三是通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)，使結(jié)算雙方互相信任，避免爭(zhēng)議。

3 組合型測(cè)水量水設(shè)施

3.1 適用對(duì)象及測(cè)水流量范圍

H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)、超聲波水位計(jì)、浮子式水位計(jì)、視頻水尺、自收纜水位計(jì)布置在整個(gè)供水工程沿線來(lái)保證供水調(diào)度安全、水量合理分配、閘門精確開度；矩形堰板式明渠流量計(jì)、電磁流量計(jì)、自收纜水位計(jì)則布置在一干、二干、三干渠渠首，來(lái)保證供水計(jì)量和結(jié)算安全。當(dāng)矩形堰板式明渠流量計(jì)和電磁流量計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，自收纜水位計(jì)+水位～流量關(guān)系曲線則迅速投入使用來(lái)保證供水計(jì)量安全。

目前H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)在太河水庫(kù)現(xiàn)有供水渠道條件下，經(jīng)過(guò)多種工況率定后，流量在1.5～10 m3/s時(shí)計(jì)量精度較高，流量測(cè)量精度＜5%；自收纜水位計(jì)+水位～流量關(guān)系曲線主要用于標(biāo)準(zhǔn)斷面的流量測(cè)定，流量在0.05～10 m3/s時(shí)計(jì)量精度較高，一般流量測(cè)量精度＜5%，但受工況和人為誤差影響較大，不能反映當(dāng)時(shí)實(shí)際供水時(shí)的流速狀況；矩形堰板式明渠流量計(jì)在太河水庫(kù)現(xiàn)有供水渠道條件下，流量測(cè)定范圍為0.05～2.64 m3/s，流量測(cè)量精度＜5%，但是通過(guò)對(duì)矩形堰版的組合拆裝使用，流量測(cè)量精度實(shí)際可以達(dá)到3%；電磁流量計(jì)主要安裝在管道供水段管道進(jìn)口和管道末端，管道末端電磁流量計(jì)用于計(jì)量和結(jié)算，管道進(jìn)口段電磁流量計(jì)主要用于復(fù)核、校驗(yàn)和故障判斷，流量測(cè)定范圍為0.4～3.9 m3/s，流量測(cè)量精度為3%。

3.2 存在問(wèn)題

（1）測(cè)水量水設(shè)備采用的主要設(shè)備是美國(guó)TRDI公司生產(chǎn)的H-ADCP聲學(xué)多普勒渠道流量計(jì)，但是該設(shè)備為水平式安裝，要求有一定的安裝高度，因此對(duì)于低于H-ADCP頂端的水位均不能測(cè)量，一定程度限制了該儀器的使用量程。特別是進(jìn)行小流量供水的單位一定要引起重視，由于流量太小，水位太低，根本達(dá)不到H-ADCP的測(cè)水條件，從而使H-ADCP得不到有效利用。

（2）浮子式水位計(jì)+水位流量曲線測(cè)水方式，受到供水條件的限制，流量曲線主要適用于自由流，因此當(dāng)閘門受壓出水時(shí)，查詢流量則存在一定誤差，特別是始水和尾水流量與流量曲線所查數(shù)值誤差更大。這種方式僅測(cè)定水位，而不能測(cè)定流速，往往不能反映當(dāng)時(shí)的供水狀況，特別是在供水沿線長(zhǎng)達(dá)幾十公里的情況下，給供水調(diào)度帶來(lái)一定困難。

（3）矩形堰測(cè)水設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)了以下兩個(gè)問(wèn)題：一是太河水庫(kù)生活和灌溉供水一般采用大流量短時(shí)間供水，供水有一定間隔，矩形堰板式明渠流量計(jì)堰板前存蓄一定水量，極寒天氣容易導(dǎo)致結(jié)冰而影響供水。二是安裝矩形堰板式明渠流量計(jì)會(huì)縮小原渠道供水?dāng)嗝妫瑢?dǎo)致渠道設(shè)計(jì)流量減小。

（4）超聲波水位計(jì)主要受到水流波動(dòng)的影響比較大，特別是大流量供水，測(cè)定的水位值波動(dòng)較大。

3.3 對(duì)策與建議

（1）測(cè)水量水系統(tǒng)應(yīng)具有強(qiáng)大的采集、傳輸和處理功能，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)要具有擴(kuò)展性和前瞻性。

（2）灌區(qū)和供水工程測(cè)水設(shè)備種類繁多，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇適合現(xiàn)場(chǎng)情況的測(cè)水設(shè)備，測(cè)水設(shè)備選擇不當(dāng)，即使再先進(jìn)，也不一定能發(fā)揮全部功能和作用，甚至不能滿足需求。

（3）條件允許，盡量改造運(yùn)行環(huán)境，安裝電磁流量計(jì)，自動(dòng)計(jì)算流量、流速、累計(jì)水量，測(cè)量數(shù)據(jù)精度高，適合自動(dòng)化上傳數(shù)據(jù)，長(zhǎng)期運(yùn)行，節(jié)省人力和財(cái)力。

（4）對(duì)超聲波水位計(jì)波動(dòng)誤差，可以利用軟件對(duì)其進(jìn)行均值計(jì)算，以降低水位誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

太河水庫(kù)供水工程長(zhǎng)32.1 km，一渠多用、一水多用頻率高，調(diào)度十分困難，通過(guò)對(duì)供水工程沿線關(guān)鍵位置和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)測(cè)水量水設(shè)施的合理分配和布置，來(lái)保證供水、工程、調(diào)度和計(jì)量安全。采用先進(jìn)設(shè)備與傳統(tǒng)測(cè)流方法相結(jié)合模式，既不能全靠先進(jìn)設(shè)備和儀器，也不能抱著傳統(tǒng)測(cè)流方法不放，在重要的節(jié)點(diǎn)或位置，特別是供水結(jié)算節(jié)點(diǎn)，為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性，可以安裝不同的測(cè)水設(shè)備互為備用，以互相驗(yàn)證，確保準(zhǔn)確測(cè)量。