望寶山水文站“一站一策”方案編制探析

楊 揚(yáng)

(遼寧省盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124000)

1 基本情況

1.1 測(cè)站位置

望寶山水文站屬于遼河流域渤海岸水系大清河，測(cè)站位置位于遼寧省蓋州市團(tuán)甸鎮(zhèn)賈屯村，E122°27＇37.0″、N40°25＇37.5″，設(shè)立于1959年1月1日，是大清河上唯一的水文站。集水面積1070 km2，，距河口距離30 km，距河源70.7km。是國(guó)家基本水文站，也是大清河干流的重要控制站及水量標(biāo)志站，擔(dān)負(fù)著為水資源管理調(diào)度，防汛抗旱，探索大清河上游水文水資源變化規(guī)律等方面的重任。

1.2 河段特點(diǎn)

測(cè)驗(yàn)河段順直，長(zhǎng)度約500m，水流自東向西而流過，左岸為砂卵石陡坡，右岸為陡岸護(hù)堤，U形斷面，主河床由細(xì)沙和卵石組成，河段平均比降1.1‰；基本水尺斷面設(shè)于站房邊，站房位于基本水尺斷面附近；基上約330m處有后洪大橋，對(duì)本站水位流量關(guān)系有一定影響。

1.3 斷面情況

測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)度約500m，下游有彎道。主河床由細(xì)沙和卵石組成，右岸是陡岸護(hù)堤，左岸為砂卵石陡坡。中、高水時(shí)河床有沖淤變化較大。河槽為U型河槽，無水流擺動(dòng)及漫灘情況。測(cè)驗(yàn)斷面共設(shè)有基本水尺斷面兼流速儀測(cè)流斷面及浮標(biāo)中斷面、流速儀測(cè)流“纜道”斷面基上37m、比降上、下斷面，測(cè)驗(yàn)斷面寬250m。

測(cè)站河段河槽發(fā)生較大洪水時(shí)，漲沖落淤，年際變化表現(xiàn)為大水年份沖刷，小水年份淤積，流量>2000m3/s時(shí)沖刷加劇，沖淤變化主要在起點(diǎn)距60-200m范圍內(nèi)，歷年斷面最大沖刷深度10.83m，平均沖刷3.57m，斷面水面寬變幅在190-229m之間。

基上、下(100m)處分別為浮標(biāo)上、中、下斷面；基上37m處為水文纜道測(cè)流斷面，基上100m處為上比降斷面，基下100m處為下比降斷面，左、右岸堤防高程分別為9.34m、9.96m。

望寶山水文站不同年份實(shí)測(cè)大斷面套繪見圖1。2010年到2019年汛前河道處于沖刷狀態(tài)。2012年8月的大水過后，河道最大沖刷深度2.50m，平均沖刷深度1.60m，2012年7月26日以前與2006年比較，沖淤基本處于平衡狀態(tài)；2012年8月4日，大清河發(fā)生了4020m3/s的歷史最大洪水，從8月3日斷面圖看出：經(jīng)過7月30日洪水沖刷，最大沖刷深度1.87m，斷面平均沖刷深度0.65m。綜上所述，大清河望寶山段大水年份沖刷，小水年份淤積，長(zhǎng)期看基本處于動(dòng)平衡狀態(tài)。望寶山水文站多年來斷面有沖淤變化，形狀有較大的變化，河槽寬度基本不變，平面上基本無橫向的擺動(dòng)，河道橫斷面形態(tài)基本穩(wěn)定。

圖1 望寶山水文站不同年份大斷面套繪圖

2012年汛后至2018年汛前未發(fā)生3000 m3/s以上洪水過程，近年來，望寶山水文站測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)已經(jīng)停止采沙活動(dòng)，也沒有大的工程建設(shè)項(xiàng)目，對(duì)該站近五年的大斷面進(jìn)行套繪，可以看出，沖淤變化較小，沖淤基本平衡，斷面基本穩(wěn)定。

2018年汛期出現(xiàn)長(zhǎng)期3000m3/s洪水過程，從2018年斷面套繪圖可以看出，8月26日前，斷面起點(diǎn)距75-100m發(fā)生輕微淤積，最大淤積0.47m，起點(diǎn)距110-150m斷面穩(wěn)定，無大的沖淤變化，起點(diǎn)距160-180m發(fā)生沖刷，最大沖刷0.37m，起點(diǎn)距190-220m發(fā)生輕微淤積，最大淤積在0.48m，整個(gè)對(duì)面呈現(xiàn)輕微淤積變化。8月26日，全斷面發(fā)生沖刷，起點(diǎn)距75-190m沖刷在1.0m以上，160-170m最大沖刷1.5m。斷面見圖2。

圖2 望寶山站2012年大斷面圖

1.4 水沙特性

1.4.1 測(cè)站水沙特性

望寶山水文站洪水主要來自石門水庫(kù)及西大清河以上干支流，洪峰呈矮胖形，歷時(shí)較長(zhǎng)，過程長(zhǎng)達(dá)10-20日，時(shí)間發(fā)生在7月末-8月初。沙量主要來自石門水庫(kù)及西大清河，多集中在7-8月。一般情況下水沙峰相對(duì)應(yīng)，大沙多發(fā)生在干流流量最大時(shí)，較大沙峰歷時(shí)較短，從起漲到落平一般只有2-3d或更短。該站洪水多來源于中上游山區(qū)，洪水漲落急劇，水沙峰相應(yīng)，低水流量關(guān)系較差，中、高水呈單一曲線。大水年份1981、2012、2018年，由于斷面沖刷，關(guān)系線為漲水和落水兩條關(guān)系線，洪水過后，關(guān)系線趨于穩(wěn)定。單斷沙關(guān)系為45°線。該站多年年徑流量、輸沙量過程線見圖3。

圖3 望寶山水文站歷年年徑流量、年輸沙量過程線

1.4.2 水沙特性分析

通過分析比對(duì)2000年以來徑流量、含沙量變化趨勢(shì)，結(jié)合徑流量分布情況，分別選取2010年和2012年作為該站的豐水代表年、2018年和2019年作為平水代表年、2015和2017年作為枯水年。

表1 流量與含沙量天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)對(duì)典型年分析結(jié)果，200m3/s流量基本控制的天數(shù)占全年的比例90%左右，符合該站以中低水為主的水沙特性，故100m3/s作為中水標(biāo)準(zhǔn)值具備一定的參考性。

多年來，八師天業(yè)集團(tuán)熱電產(chǎn)業(yè)工會(huì)始終堅(jiān)持緊緊圍繞企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工作，積極開展技能大賽和勞動(dòng)競(jìng)賽，組織動(dòng)員職工參與創(chuàng)新實(shí)踐，不斷提升職工技術(shù)技能，釋放和激發(fā)職工創(chuàng)新活力，以組織開展崗位練兵、技能比武等活動(dòng)為抓手，在全產(chǎn)業(yè)掀起學(xué)技術(shù)、比技術(shù)、鉆技術(shù)的熱潮。在廣大干部職工中培育勤學(xué)善思、精益求精的“工匠”精神。

石門水庫(kù)運(yùn)用后，減少了下游沙量，近年來由于河道治理和下墊面的改變，含沙量逐年減少，近5年均值與多年均值相比，年平均輸沙量減少80.7%，2000年以來1-3月、12月時(shí)段輸沙量小于多年平均年輸沙量的3.0%，且來沙時(shí)間主要集中在高洪期間。

2 測(cè)站定位及測(cè)驗(yàn)方案

2.1 測(cè)站定位

按照水文測(cè)站功能評(píng)價(jià)相關(guān)規(guī)定辦法，綜合考慮水災(zāi)害防御和水資源管理相關(guān)服務(wù)對(duì)象要求[1]，結(jié)合測(cè)站設(shè)站目的，對(duì)望寶山水文站測(cè)站功能評(píng)價(jià)賦分情況見表2。

表2 望寶山水文站功能評(píng)價(jià)賦分表

經(jīng)以上評(píng)估分析，望寶山水文站功能定位基本為：水災(zāi)害防御服務(wù)、水資源管理服務(wù)為主，同時(shí)要兼顧水生態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)。鑒于該站為大清河下游干流的重要控制站，大清河下游重要的水量標(biāo)志站，水災(zāi)害防御、水資源管理地位十分重要，且洪水主要發(fā)生在主汛期，同時(shí)考慮到中低水控制時(shí)間長(zhǎng)，月內(nèi)流量受上游水庫(kù)調(diào)度影響變幅大，監(jiān)測(cè)任務(wù)繁重，故將該站定位為全年駐測(cè)站。

2.2 測(cè)驗(yàn)任務(wù)新要求

根據(jù)上述新定位，該站要在確保有效施測(cè)的同時(shí)，結(jié)合先進(jìn)設(shè)備應(yīng)用條件，可進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)驗(yàn)任務(wù)，減少駐測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。主要測(cè)驗(yàn)任務(wù)新要求為：水位觀測(cè)應(yīng)能完整控制水位變化過程，滿足報(bào)汛和整編要求；流量應(yīng)基本實(shí)現(xiàn)洪水過程控制、超標(biāo)洪水預(yù)警，輸中低水需滿足水資源管理要求；泥沙測(cè)驗(yàn)任務(wù)應(yīng)保證精度要求，輸沙率測(cè)驗(yàn)應(yīng)保證沙峰過程。

2.3 測(cè)驗(yàn)方案

根據(jù)測(cè)站新定位和測(cè)驗(yàn)任務(wù)新要求，結(jié)合測(cè)站常年流量和輸沙量，充分考慮當(dāng)前主流測(cè)報(bào)技術(shù)手段，分要素分時(shí)段確定測(cè)驗(yàn)方案如下：

2.3.1 水位及比降觀測(cè)

測(cè)站現(xiàn)有雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)范圍在4.30-9.80m之間，不能滿足全天候每6min水位觀測(cè)，中高水滿足全天候每6min水位觀測(cè)，低水采用人工水尺日常觀測(cè)；新增安裝視頻監(jiān)控一套，隨時(shí)觀看河道情況；

2.3.2 流量測(cè)驗(yàn)

中低水：利用已安裝纜道測(cè)流系統(tǒng)，作為基本測(cè)驗(yàn)方式，低枯水時(shí)采用流速儀涉水施測(cè)。

高水：纜道測(cè)流系統(tǒng)作為基本測(cè)驗(yàn)方式，傳統(tǒng)浮標(biāo)及電波流速儀作為備用測(cè)驗(yàn)方案。

2.3.3 單沙

在基本測(cè)流纜道斷面上，使用瓶式采樣器一點(diǎn)法取樣。

2.3.4 輸沙率

按照任務(wù)書在纜道上施測(cè)單沙，并進(jìn)行處理分析。

2.3.5 降水

液態(tài)降水時(shí)段(5-10月)采用固態(tài)存儲(chǔ)雙翻斗雨量計(jì)觀測(cè)。固態(tài)降水時(shí)段(11 月-次年4月)采用稱重式雨雪量計(jì)觀測(cè)。

2.3.6 視頻監(jiān)控

站院視頻監(jiān)控：重點(diǎn)對(duì)站房安防進(jìn)行整體監(jiān)控；斷面視頻監(jiān)控：對(duì)斷面及上下游水情進(jìn)行全天候監(jiān)控，以及雷達(dá)水位計(jì)等監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行工況。

2.3.7 通信傳輸方案

水位文本數(shù)據(jù)以GPRS通信為主，遠(yuǎn)傳至水文監(jiān)控中心，本地同時(shí)存儲(chǔ)；視頻數(shù)據(jù)只在本地存儲(chǔ)，水文測(cè)控中心通過專線方式，訪問本地硬盤錄像機(jī)，讀取視頻數(shù)據(jù)。望寶山水文站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖4。

3 現(xiàn)狀與存在問題

3.1 現(xiàn)狀

3.1.1 設(shè)施設(shè)備情況

水位觀測(cè)主要依托人工及雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)，直立式水尺校核；流量測(cè)驗(yàn)低、中、高水主要依靠纜道、電波流速儀、浮標(biāo)測(cè)驗(yàn)手段[3]；泥沙測(cè)驗(yàn)采用瓶式采樣器在纜道上取樣，過濾稱重法處理，電子天平稱重。降水觀測(cè)使用自記雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)及稱重式雨雪量計(jì)。

水位數(shù)據(jù)由斷面RTU傳至服務(wù)器，測(cè)站通過訪問WEB應(yīng)用進(jìn)行摘錄；測(cè)站現(xiàn)有為聯(lián)通普通100M網(wǎng)絡(luò)專線?；舅邤嗝娼ㄓ懈咔鍞z像頭2處，視頻數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)，水情中心通過專線，訪問測(cè)站硬盤錄像機(jī)，讀取視頻數(shù)據(jù)。

圖4 望寶山水文站拓?fù)鋱D

3.1.2 建設(shè)外部條件

該站位于遼寧省蓋州市團(tuán)甸鎮(zhèn)，位于平原地帶，交通便利；屬地市政基礎(chǔ)設(shè)施完備，已接入市網(wǎng)供電，供水接入蓋州市供水集團(tuán)管道，基本滿足生產(chǎn)生活需要；附近移動(dòng)、電信、聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商信號(hào)全面覆蓋，已接入互聯(lián)網(wǎng)，基本滿足各類通信數(shù)據(jù)傳輸要求。

3.2 存在問題

通過現(xiàn)狀分析，結(jié)合測(cè)站新測(cè)驗(yàn)方案的需求，存在問題如下：

1)生產(chǎn)業(yè)務(wù)用房建于1997年，圈梁斷裂，存在安全隱患。

2)雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)平臺(tái)不能滿足中低水水位觀測(cè)，不能滿足全天候水位在線觀測(cè)，需要挪移雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)平臺(tái)。

3)比降觀測(cè)采用人工觀測(cè)，需要在上、下比降增加自動(dòng)觀測(cè)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

4)流量測(cè)驗(yàn)均為老式測(cè)驗(yàn)手段，應(yīng)增加流量在線觀測(cè)設(shè)施，以滿足水文現(xiàn)代化要求。

4 建設(shè)目標(biāo)與任務(wù)

4.1 建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)前述明確的測(cè)站定位和擬定的測(cè)驗(yàn)方案，確定望寶山站建設(shè)目標(biāo)為：管理模式為全年駐測(cè)站；建設(shè)水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)報(bào)，輸沙率從管理手段入手。

4.2 建設(shè)任務(wù)

通過問題分析，以問題為導(dǎo)向，確定測(cè)站建設(shè)任務(wù)如下：①站房圈梁改造：②辦公軟件、防火墻數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件。③雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)平臺(tái)不能。滿足中低水水位觀測(cè)，不能滿足全天候水位在線觀測(cè)，需要挪移雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)平臺(tái)。(4)流量測(cè)驗(yàn)均為老式測(cè)驗(yàn)手段，應(yīng)增加流量在線觀測(cè)設(shè)施，以滿足水文現(xiàn)代化要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

近幾年由于水文事業(yè)快速發(fā)展，水文監(jiān)測(cè)在水旱災(zāi)害防御、服務(wù)社會(huì)等方面一直發(fā)揮著重要的技術(shù)支撐作用。為全面貫徹黨的十九大精神，堅(jiān)持執(zhí)行節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力的十六字治水思路[4]，堅(jiān)決貫徹“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的總基調(diào)，同時(shí)現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)體系作為全面推行河長(zhǎng)制工作的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)，為使其更好的服務(wù)于河長(zhǎng)制工作，現(xiàn)階段應(yīng)對(duì)自身提出更高要求。結(jié)合水利部水文司2019年開展的水文現(xiàn)代化建設(shè)規(guī)劃編制內(nèi)容及未來發(fā)展規(guī)劃，開展水位站的“一站一策”方案編制工作。