大交（續(xù)）水文站巡測可行性分析

薛俊英

（臨汾市水文水資源勘測分局，山西 臨汾 041000）

0 引言

隨著水文事業(yè)信息化的發(fā)展，水文巡測作為傳統(tǒng)駐站測驗的創(chuàng)新模式，它打破了傳統(tǒng)的以站為家的工作模式，改變了傳統(tǒng)水文測驗方式，建立“站隊結(jié)合”新型管理模式，進(jìn)行了水文自動測報系統(tǒng)的探索，整合了人力資源，提高了工作效率，是21世紀(jì)水文資料收集的主要手段和方法。水文巡測對加大站網(wǎng)密度，在條件艱苦的偏遠(yuǎn)地區(qū)布設(shè)站點，開展水文活動提供了有效的途徑。大交（續(xù)）水文站位于臨汾市續(xù)魯峪河流域，現(xiàn)階段已配備了自計雨量計、自計水位計以及無線雷達(dá)波在線測流系統(tǒng)等新型自動化水文儀器設(shè)備，本文根據(jù)水利部《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）,對大交（續(xù)）水文站開展水文巡測的可行性進(jìn)行分析。

1 測站基本情況

1.1 流域概況及測站位置

續(xù)魯峪河又名西閆河，澮河的支流，汾河的二級支流，流域面積370 km2，河長50 km，平均縱坡15.3‰。發(fā)源于沁水縣中村鎮(zhèn)松峪村，流經(jīng)沁水縣、翼城縣、絳縣，于絳縣大交鎮(zhèn)大交村注入澮河。

大交（續(xù)）水文站位于續(xù)魯峪河，站址為山西省絳縣大交鎮(zhèn)大交村，站房位于續(xù)魯峪河右岸?？刂茢嗝嬉陨狭饔蛎娣e347 km2，河長49 km，距河口1 km，平均縱坡15.3‰。大交（續(xù)）水文站流域地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，產(chǎn)流地類主要包括灰?guī)r森林山地、砂頁巖森林山地、黃土丘陵階地、砂頁灌叢山地、耕種平地地5種。

1.2 測站水文特性

大交（續(xù)）水文站地處中緯度，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，流域內(nèi)多年平均降水量301.6 mm。多年平均蒸發(fā)量1100 mm。流域內(nèi)降水受地形的影響很大，平川少，山區(qū)多，7月～9月降雨量約占全年降雨量的60%左右，且多為暴雨。洪水主要由連續(xù)或短時強降雨誘發(fā)，且多為暴雨所致，多發(fā)生在7月～8月的主汛期。

大交（續(xù)）設(shè)站以來，實測最大洪峰流量167 m3/s，發(fā)生在2007年7月30日，相應(yīng)最高洪水位556.94 m。多年平均徑流量88.2萬m3，多年平均輸沙量11.9萬t，最大斷面平均含沙量142 kg/m3，多年平均降水量530 mm。

1.3 斷面控制情況

河道測驗河段順直，兩岸均為漿砌石護(hù)堤，河床由砂礫石、卵石組成，沖淤變化較大。該站設(shè)有基本水尺斷面（兼流速儀測流斷面、兼浮標(biāo)上斷面、兼比降中斷面）；上比降斷面；下比降斷面（兼浮標(biāo)中斷面）；浮標(biāo)下斷面共4個斷面，斷面間距50 m。浮標(biāo)上、下斷面間距為100 m，上、下比降斷面間距100 m。

2 測站功能定位

2.1 設(shè)站目的

大交（續(xù)）水文站始建于1983年1月，是按照區(qū)域原則規(guī)劃的基本水文站，主要收集續(xù)魯峪河流域降雨徑流資料，研究流域產(chǎn)匯流規(guī)律，并為澮河水庫提供防汛信息。觀測項目主要有降水量、水位、流量、泥沙、水溫、岸上氣溫、冰情、土壤墑情等，同時擔(dān)負(fù)著雨情、河道水情、土壤墑情的報汛任務(wù)。

2.2 測站運行情況

大交（續(xù)）水文站自1983年建站以來，共收集了36年水文系列資料以及流域內(nèi)4個基本雨量站雨量資料。流域內(nèi)基本雨量站分別為中村、西閆、續(xù)魯峪和大交。本次對大交（續(xù)）水文站自1983年～2018年的年徑流系列資料及區(qū)域內(nèi)4個雨量站的系列資料進(jìn)行分析。

1990年以前降雨徑流關(guān)系較好，基本呈現(xiàn)出徑流量隨降雨量的增大而增大；1990年以后，由于流域特性和人為因素的影響，大交（續(xù)）水文站降雨徑流關(guān)系較差，不能為研究水文要素規(guī)律提供較好的數(shù)據(jù)支撐。且多年來河道大部分時間河干，洪水主要發(fā)生在汛期，非汛期基本呈河干狀態(tài)。系列資料有8年全年河干，其中近三年來全年河干。

3 巡測條件分析

3.1 降水量巡測條件

大交（續(xù)）水文站建有自記雨量計和人工雨量器，可委托觀測員進(jìn)行全年日降水量的觀測，每日8時觀測（一段制）。汛期采用自記雨量計觀測。降水量具備巡測條件。

3.2 水位巡測條件

大交（續(xù)）水文站配備有雷達(dá)自計水位計和水位視頻監(jiān)控系統(tǒng)，都可實現(xiàn)信息實時在線傳輸。兩套設(shè)備相互配合使用，可完整的記錄水位變化過程。水位觀測具備巡測條件。

3.3 流量巡測條件

大交（續(xù)）水文站現(xiàn)有流量測驗設(shè)施有浮標(biāo)測流設(shè)施和無線雷達(dá)波測流系統(tǒng)。

水文站位于運城市大交鎮(zhèn)大交村，交通通訊方便，距離襄汾中心巡測站40 km且有高速連接，開車50分鐘可到達(dá)。距離曲沃縣澮河水庫水文站16 km，僅20分鐘車程。大交（續(xù)）水文站匯流時間一般約為3 h，完全可以根據(jù)雨水情變化情況及時施測流量，滿足《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）中4.2.4條中“水位流量關(guān)系不呈單一線的測站，當(dāng)距離巡測基地較近，具備交通、通信條件，能按水情變化及時施測流量”的條件要求。

其次，可對現(xiàn)有的無線雷達(dá)波系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控?zé)o線雷達(dá)波測流，滿足滿足《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）中4.2.4條中“流量在線監(jiān)測”的條件要求。

3.4 泥沙巡測條件

根據(jù)大交（續(xù)）水文站系列資料，非汛期河道常年河干，汛期主要是暴雨產(chǎn)生洪水，挾帶泥沙，可根據(jù)上游雨量站的降水情況以及《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》（GB/T 50159-2015）制定泥沙巡測方案，由巡測人員同時對流量和泥沙進(jìn)行施測。滿足《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）中4.2.5條中“距離巡測基地較近，交通、通信條件方便，能按沙情變化及時施測者”的懸移質(zhì)輸沙率巡測條件要求。

單沙測次的布設(shè):洪水期每次在洪水上漲段取3次～5次，落水段取5次～7次，峰頂附近取2次～3次。洪峰重迭，水沙峰不一致或含沙量變化劇烈時，應(yīng)增加測次。

取樣方法:采用瓶式采樣器取樣，單沙取樣位置水邊一點。相對水深位置0.6。

3.5 土壤墑情巡測條件

土壤墑情每旬監(jiān)測一次，可由巡測人員定期監(jiān)測，或采用墑情自動采集設(shè)備。土壤墑情滿足巡測條件。

4 巡測方案

4.1 測次及巡測時機

4.1.1 水位觀測

當(dāng)河道水面較寬滿足自記水位計觀測條件時，采用自記水位觀測數(shù)據(jù)。如條件不能滿足觀測要求，采用視頻監(jiān)控遠(yuǎn)程觀測，非汛期2段制，汛期6段制，洪水期加測記錄完整水位變化過程。

4.1.2 流量測驗

非汛期:流量較小且較為穩(wěn)定，每旬巡測一次，人工涉水施測。河干停測。

汛期:平水期每周巡測一次，人工涉水施測。洪水期根據(jù)雨情信息，巡測人員可及時趕赴測驗河段施測流量，測次布設(shè)控制流量變化的完整過程并搶測洪峰流量。

根據(jù)大交（續(xù)）水文站的洪水特性，在中高水測驗方法的選擇上，優(yōu)先使用無線雷達(dá)波測流設(shè)備，第二是使用浮標(biāo)（均勻法）測流，第三為中泓浮標(biāo)或中泓浮標(biāo)與流速儀聯(lián)合，最后為比降面積法。

1）無線雷達(dá)波施測

無線雷達(dá)波斷面參數(shù)要提前設(shè)置好，停泊點位為21.0 m，測流方向為起點距由小到大，測流垂線布設(shè)與中水時纜道測流垂線布設(shè)一致。計算整理時要繪制流速、面積分布圖。

2）浮標(biāo)施測（0.0水面測速）

用全站儀定起點距、根據(jù)水位及實測大斷面推求各垂線水深，水面浮標(biāo)測速。垂線布設(shè)見表1。

表1 大交（續(xù)）水文站測流垂線布設(shè)方案

3）中泓浮標(biāo)法

洪水漲落急劇，一次測流起訖時間內(nèi)，水位漲落超過平均水深的20%，用中泓浮標(biāo)法，在中泓部位（起點距45 m～85 m）投放3個～5個浮標(biāo)，浮標(biāo)位置臨近，運行正常，最長和最短運行歷時只差不超過最短歷時10%的浮標(biāo)應(yīng)有2個～3個。

4）浮標(biāo)和流速儀法聯(lián)合施測

洪水漫灘后，如主流部分流速較大、漂浮物較多用浮標(biāo)法測流，漫灘部分流速較小用流速儀測流。

5）比降面積法

比降面積法的使用，首先觀測上下比降水尺，計算比降，糙率選用0.030，計算洪峰流量，公式如下:

式中:Q為基本斷面流量，m3/s；V為基本斷面流速，m/s；A為基本斷面面積，m2；S為河道斷面比降；Zu為上比降斷面水位，m；Zl為下比降斷面水位，m；L為上、下比降斷面距離，m；n為河道糙率；r為水力半徑，m

4.2 巡測路線

從襄汾中心站經(jīng)108國道，到曲沃縣安泉村上陵侯高速至翼城縣高速出口，經(jīng)230省道到大交水文站。

4.3 巡測資源配置

1）交通工具、通訊、照明配置

配置皮卡車1輛，對講機4部，移動應(yīng)急照明燈2臺、車載照明設(shè)備2套、強光手電5個、便攜式頭燈5個。

2）測驗設(shè)備配置

手持雷達(dá)波測速儀1臺；無線數(shù)字遙控雷達(dá)波測速儀1臺；流速儀2架；全站儀1架；激光測距儀1臺；臨時水尺10個；筆記本電腦1臺；

3）防護(hù)物品配置

雨衣、雨鞋、皮褲、救生衣5套。

4.4 資料整編

嚴(yán)格執(zhí)行測驗整編“四隨”制度，在站整編成果必須符合現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、文件及補充規(guī)定。做到項目完整，圖表齊全；考證清楚，定線合理；資料可靠，方法正確；說明完備，規(guī)格統(tǒng)一；數(shù)字準(zhǔn)確，符號無誤。資料質(zhì)量在成果的數(shù)字方面達(dá)到:無系統(tǒng)性錯誤（連續(xù)數(shù)次、數(shù)日、數(shù)月或影響多項、多表的錯誤）；無特征值錯誤；大錯錯誤率小于1/10000，一般錯錯誤率小于1/1000。

整編成果包括:逐日平均水位表、實測流量成果表、實測大斷面成果表、逐日平均流量表、洪水水文要素摘錄表等。

5 結(jié)論

“巡測為主、駐測為輔、巡駐結(jié)合”是水文測站測驗?zāi)Ｊ礁母锏陌l(fā)展方向，通過對大交（續(xù)）水文站所在地理位置、測站特性以及現(xiàn)階段配備的自動化水文儀器設(shè)備進(jìn)行分析，大交（續(xù)）水文站流量測驗和泥沙測驗條件滿足水利部《水文巡測規(guī)范》的相關(guān)要求。通過制定合理的巡測方案，觀測項目能滿足資料整編要求。