山區(qū)測站水文特性及監(jiān)測方式的分析與研究

□王 浩

河北省既有廣闊的華北平原地區(qū)，又有西部太行山脈依托，形成了復(fù)雜的水文地貌。由于山區(qū)、平原水文情況差異較大，山區(qū)測站環(huán)境復(fù)雜，開發(fā)程度較低，增加了水文測驗(yàn)的難度。目前全省共有135 個(gè)基本水文監(jiān)測站點(diǎn)，其中近一半站點(diǎn)設(shè)立在偏遠(yuǎn)山區(qū)，山區(qū)測站大多位于在河道、水庫附近，受水文、地質(zhì)、氣候等因素影響，監(jiān)測難度大，對水文數(shù)據(jù)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性提出了更高的要求。因此，分析研究山區(qū)測站水文特性與監(jiān)測方式極為重要。山區(qū)站主要分為水庫站和山區(qū)河道站，水庫站依山而建地勢險(xiǎn)峻，因水工建筑物可控，流量較為平均，但豐水年降雨量增大，水庫站泄流方式單一，水位需時(shí)刻保持在防洪庫容線以下，避免潰壩風(fēng)險(xiǎn)；山區(qū)河道站依山澗河道修建，主要監(jiān)測自上而下大的過水?dāng)嗝媪髁?，但水的重力勢能過大，流速湍急，汛期易突發(fā)洪澇災(zāi)害，需及時(shí)測報(bào)出水文數(shù)據(jù)。下面就山區(qū)水庫站與河道站的水文特性和監(jiān)測方式分別進(jìn)行分析。

1.山區(qū)水庫站

我省山區(qū)站中有20 個(gè)水庫站，水庫站在地理位置上有著十分重要的承上啟下的作用，既要接納上游來水，又要結(jié)合庫容曲線開閘放水，對于工業(yè)、農(nóng)業(yè)甚至民生國防都有著重要的戰(zhàn)略意義。

以邢臺(tái)市朱莊水庫水文站為例，該站所監(jiān)測水庫是邢臺(tái)地區(qū)最大的水庫，控制流域面積1220km2。朱莊水庫上游為山區(qū)河道站，汛期入庫量較大，下游過流斷面為其閘下河道，分為南北干渠，寬度200m，通過閘門和放水洞控制保證庫容線齊平。朱莊水庫水文站對水庫及附近地區(qū)的流量、蒸發(fā)、泥沙、蓄水量等水文要素進(jìn)行24h 不間斷監(jiān)測。朱莊水庫站作為典型的山區(qū)水庫站，水文因素主要受到水庫蓄水量影響，非汛期時(shí)多用公式法推流以實(shí)現(xiàn)水庫蓄水放水平衡。

朱莊水庫溢洪壩閘門全開流量公式：

式中：

ε—為側(cè)收縮系數(shù)，0.95；

m—為流量系數(shù)，0.46；

g—為重力加速度，9.8m/s2；

n—為閘門孔數(shù)，6 孔；

b—為單孔凈寬，14m；

H—為堰上水頭，H=H水位—243m。

在已有水工建筑物的基礎(chǔ)上使用公式法推流，由于閘門控制，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得以提高。同時(shí)在日常巡測中，拿流速儀實(shí)測數(shù)據(jù)與水工建筑物推流數(shù)據(jù)進(jìn)行比測，注重其時(shí)效性和準(zhǔn)確性。汛期時(shí)加測流量，24h 人員在站上駐測防汛，保障及時(shí)測報(bào)出第一手的水文資料。

綜上結(jié)合朱莊水文站的特點(diǎn)，可知山區(qū)水庫站作為典型的山區(qū)測站，通常緊鄰水工建筑物而建，具有地勢險(xiǎn)峻、蓄水量巨大的特點(diǎn)，依靠水工建筑物來控制流量，因此利用公式法，已知庫區(qū)水位、閘門開度和放水洞開放孔數(shù)等水利要素的情況下可實(shí)現(xiàn)對出庫流量的推算。推流數(shù)據(jù)具有時(shí)效性、準(zhǔn)確性。同時(shí)還需要進(jìn)行人工流速儀測流，通過校測、比測及時(shí)完善公式系數(shù)，統(tǒng)計(jì)河流變化規(guī)律，并多普及新型ADCP、無人水文纜車等新型監(jiān)測設(shè)備的使用，更要注意對水工建筑物即壩體、閘門以及河道的養(yǎng)護(hù)，山區(qū)水庫站在做好安全生產(chǎn)工作的同時(shí)第一時(shí)間為下游提供出準(zhǔn)確可靠的水文數(shù)據(jù)。

2.山區(qū)河道站

山區(qū)河道站一般建設(shè)在水庫的上游或下游，測站旁有較大的山澗河流，監(jiān)測斷面為一個(gè)或者多個(gè)，測站上游來水自山頂而下水勢較大，下游多是城鎮(zhèn)、村莊，監(jiān)測任務(wù)重，汛期難度大。

以路羅川坡底水文站為例，該站位于朱莊水庫的上游，為路羅川匯入朱莊水庫的監(jiān)測站，而路羅川又是5 條支流匯流之處水位暴漲暴落，汛期時(shí)易發(fā)生大的水情，坡底站下游緊鄰城計(jì)頭鄉(xiāng)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)依河而建，坡底水文站的流量監(jiān)測和洪水預(yù)警工作顯得尤為重要。

圖1 河北省坡底水文站河流附近形勢及位置圖

如圖1 所示，坡底水文站位于路羅川下游，上游5 條支流匯流入路羅，流域形狀為扇面狀，河網(wǎng)密度大，不易控制，水位流量紊亂，大部分測次只能借用臨時(shí)斷面。采用連實(shí)測流量過程線法整編。

綜上結(jié)合坡底水文站的特點(diǎn)，可知山區(qū)河道站通常地處樞紐位置，具有承上啟下的作用。上游來水流量大，下游又缺乏足夠的緩沖地帶和水工建筑物的控制，具有流速急，流量大的特點(diǎn)，易發(fā)生山洪、泥石流等自然災(zāi)害，流量不易控制。所以對河道斷面的除險(xiǎn)加固尤為重要：建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化監(jiān)測斷面、安裝自動(dòng)化電子水尺、完善視頻監(jiān)測系統(tǒng)。還需增強(qiáng)與臨近監(jiān)測站點(diǎn)的聯(lián)系，及時(shí)預(yù)報(bào)來水過水。日常巡測時(shí)多繪制水位流量關(guān)系曲線，并檢查重點(diǎn)斷面及設(shè)施的維護(hù)工作。低洪時(shí)通過水文纜車進(jìn)行橋測，高洪時(shí)可利用水位流量關(guān)系進(jìn)行推流，及時(shí)發(fā)報(bào)數(shù)據(jù)，發(fā)揮山區(qū)測站的樞紐作用。

3.結(jié)論

通過對山區(qū)2 個(gè)具有代表性的測站朱莊水庫水文站和坡底水文站進(jìn)行歸納分析，得出山區(qū)站受水文地形條件約束，具有降雨急流量大的特點(diǎn)。監(jiān)測任務(wù)重，測驗(yàn)難度大，在防汛監(jiān)測和運(yùn)行維護(hù)方面有一定難度。同時(shí)分別對山區(qū)水庫站和河道站進(jìn)行分析，可知水庫站建于承擔(dān)蓄水的水庫、閘所附近，蓄水量巨大，利用水工建筑物來控制流量，由水工建筑物的參數(shù)與河道流量關(guān)系曲線制定出合理的推流公式，日常工作中還需與人工測量進(jìn)行比測提高準(zhǔn)確性，并需做好水工建筑物與監(jiān)測設(shè)備的維護(hù)工作。河道站處于山區(qū)樞紐位置，流速急流量大，河道不易控制。日常通過標(biāo)準(zhǔn)化斷面進(jìn)行測量，低洪時(shí)可用水文纜車橋測，高洪根據(jù)自動(dòng)化水尺進(jìn)行水位流量關(guān)系線推流。研究山區(qū)測站特點(diǎn)和工作要點(diǎn)對防汛工作尤為重要，合理利用好已有資源，制定出一套切實(shí)有效的水文監(jiān)測方案。為防汛和日常監(jiān)測提供有效的技術(shù)支撐。