特殊情況下水文監(jiān)測應急措施

[ 作者簡介 ]

劉敏，女，湖南邵陽人，湖南省婁底水文水資源勘測中心，助理工程師，本科，研究方向：水文水資源。

[ 摘要 ]

本文以湖南省某地區(qū)水文站的實際情況為例，對該水文站在水文監(jiān)測過程中存在的問題展開分析，并結合過往的數據和資料分析在不影響測站精確度的條件下，通過優(yōu)化站測監(jiān)測方式來對水文應急監(jiān)測的相關措施進行完善，期望同行有所參考和借鑒。

[ 關鍵詞 ]

水文監(jiān)測;應急情況;措施;分析

中圖分類號：TU

文獻標識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.02.063

水文應急監(jiān)測工作主要是對突發(fā)的極端氣候導致的水文災害采取的系列應急監(jiān)測措施。相關的監(jiān)測部門需要根據水文災害的類型制定好有針對性的應對措施，并提前做好監(jiān)測和預警工作，從而有效降低水文災害對生產和生活的影響。隨著經濟水平的不斷提升和社會生產力的發(fā)展，現(xiàn)在的水文應急監(jiān)測工作已經不再局限于對突發(fā)水患的監(jiān)測了，水文站還會根據區(qū)域水文變化特征開展一些應急監(jiān)測工作，然后再根據監(jiān)測數據和結果分析當地的水文變化情況，在此基礎上制定相應的對策，以此來更好地優(yōu)化流域水文數據，確保其精確性和時效性。

1 湖南某水文站面臨的特殊情況分析

該水文站位于湖南省洞庭湖流域的中上游區(qū)域，主要承擔著洞庭湖流域水環(huán)境保護、下游的防汛和抗旱職責。該水文站最早建設于1970年，其水文斷面和洞庭湖的源頭距離為206公里，整體的集水面積超過5 894平方公里?？紤]到該水文站比較特殊的地理位置，非常容易受到洞庭湖支流和湖南省氣候產生的影響，據當地水文站測算，截至2007年年初，該水文站水文斷面向下游產生的遷移，遷移距離超過10公里，整體的集水面積也在不斷增加，逐漸成為當地重要的水文站、中央報汛站和大河控制站的重要控制斷面。

該水文站斷面的基本構成如下：水電站輸水洞、溢流壩、泄洪閘等構筑物結構。水文站需要定期對該流域的水位、流量、河內含沙量、水質、蒸發(fā)量和降水量等數據進行檢測并記錄。該水文站的水尺設置在壩體的分水墻上，其主要目的在于對水頭損耗進行檢測。隨著城市化進程的不斷加快和洞庭湖生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，當地政府要求構建洞庭湖水域生態(tài)保護區(qū)，期望通過構建洞庭湖流域生態(tài)保護區(qū)來有效改善洞庭湖流域內水生植物和動物的生存條件，對洞庭湖流域的生態(tài)環(huán)境進行優(yōu)化。根據上級部門的要求，在對生態(tài)環(huán)境進行優(yōu)化的過程中，需要對該水文站的輸水洞進口段、溢流壩以及泄洪閘等區(qū)域開展系列的清理工作，整體的工期為12個月。當地水文部門考慮到該水文站沒有安裝相應的過河測驗設施，如果依然采用原來的水文監(jiān)測方法進行檢測，會大幅削弱數據的精確性。同時，一旦湖南省流域進入夏秋汛期，在施工工期重疊的影響下，會對整體的水文測報工作產生巨大的阻礙。

2 湖南省流域的基本概況分析

2.1 地理概況分析

以湖南地區(qū)為例，該區(qū)域位于長江中游地區(qū)，整體面積約為22萬平方公里，整體地勢南面高，北面低。湖南東、西、南方均存在海拔高度超過750米的山脈，向北延伸為洞庭湖盆地，海拔整體較低，不超過50米，從高空觀看，呈現(xiàn)馬蹄形。正因如此，湘江、資水、沅、澧等流域的水資源全部匯集到洞庭湖區(qū)域，構成了扇形的洞庭湖水系。洞庭湖水系西北和西南兩個方向分別是武陵山脈和雪峰山，這兩座山脈借勢成為資江和沅江的分水嶺。而位于湘江東側的連云山、武功山等山脈，則構成了湘江和沅江的分水嶺。

湖南地區(qū)冬季氣候較為寒冷，春季易發(fā)寒潮，氣候多變，雨季相對集中，盛夏和初秋時期的氣候呈現(xiàn)高溫干旱的態(tài)勢。據不完全統(tǒng)計，湖南省全省平均降水天數在140天到180天之間，少數區(qū)域超過200天。湖南省內擁有諸多河流，屬于我國水系發(fā)達的省區(qū)之一，在湖南省境內，主要的水系為“四水”，四水全部注入洞庭湖流域，近乎八成分布在湖南省境內。

2.2 水文特征分析

湖南省的水文觀測工作最早起源于20世紀初期，當時的清政府在洞庭湖口一個叫做城陵磯的地方，設置了首個水文觀測站，主要觀測洞庭湖的水位。民國時期，開始對洞庭湖流域的水文情況展開測量。湖南長沙最早在1909年對當地的降水量進行觀測，并在1910年對水位進行觀測，到了解放戰(zhàn)爭時期開始進行流量監(jiān)測。新中國成立以后，湖南省全省的水文事業(yè)取得了長足的進步和發(fā)展，并獲得了大量寶貴的水文數據資料。以湖南省的降水來說，降水量作為湖南省水資源的核心來源之一，屬于水文監(jiān)測工作過程中需要重點監(jiān)測的數據之一。湖南省全年降水量非常充沛，據不完全數據統(tǒng)計，湖南省全年平均降水量都超過1480毫米，但降水量從時空層面分析，非常不均勻。從時間層面分析，湖南省全面降水量最多的月份集中在每年的4月到7月，降水量超過500毫米，占據全年降水量的一半。湖南省境內水系的汛期處于每年的4月到9月之間，汛期降水量平均為927毫米，變化程度不大。從空間層面分析可知，湖南省全區(qū)的降水量呈現(xiàn)山區(qū)降水量大于丘陵區(qū)域，丘陵區(qū)域降水量超過平原地區(qū)，東、西、南環(huán)山區(qū)域降水量較大，中部區(qū)域年水量較少的態(tài)勢。從數量層面分析可知，湖南省全省降水量數值可以分為4個高數值區(qū)域，1個次低數值區(qū)域和2個低數值區(qū)域。澧水上游、雪峰山、南嶺、湘東北山區(qū)等地年降雨量超過1 600毫米，局部2 000毫米以上，最高可達3 089毫米，是全省山洪的高發(fā)區(qū)域。洞庭湖、衡、邵等地的年平均降雨量在1 200毫米以下，邵陽儲甲亭1996年年均降雨量僅有718.8毫米，因此，衡邵地區(qū)屬于常年干旱地帶。沅江中上游的山地、盆地屬于次低值區(qū)，年平均降雨量低于1 400毫米，個別地區(qū)低于1 200毫米。

3 施工期間的水文應急監(jiān)測

3.1 拆除前的準備工作分析

結合上文可知，湖南省水系在4月份進入到汛期，隨著降水量的不斷增加，考慮到相關清底工程和汛期產生的重疊，應該在2月份到3月份就開始著手開展相應的應急準備工作。該水文站屬于二類精度站，在整體的河道治理工程期間，測驗段內的水文難以進行檢驗。如果想要確保相關水文資料的精確性以及完整性，一定要對現(xiàn)有的監(jiān)測技術和監(jiān)測方法加以完善，并制定好特殊情況下的檢測準備方案。

3.2 施工期間的應急監(jiān)測對策分析

3.2.1 做好斷面勘測工作

在施工期間進行水文勘測的過程中，應該選擇合適的勘測河段。一般情況下，可以選擇在上游和下游之間泥沙含量較少的河段，且距離水文站中心位置不宜過遠。結合實際案例可知，在測驗斷面下游700米的地方，擁有一座結構為鋼筋混凝土材料的立柱，該立柱的橋體還沒有安裝，處于施工階段。在距離斷面1公里的地方，擁有一座結構簡單的吊橋。經過水文站勘測工作人員的實地勘察可知，該立柱的兩岸跨度超過80米，橋面距離河床最深處距離為6米?；旧峡梢詽M足我國的《河流流量測驗規(guī)范》中測驗河段的勘測數據，為了確?？睖y數據的精確度，水文站選擇將立柱作為臨時斷面渡河的緊急措施。在確定好臨時斷面之后，水文站在進行測量的過程中，需要對斷面測量數據、比測水位等數據進行優(yōu)化，也要對相應的測驗模式進行改進。

3.2.2 針對水位以及水溫的觀測

在監(jiān)測過程中，水文站需要針對臨時斷面的水位進行有效觀測。在具體的觀測過程中，相關的觀測人員可以在立柱邊設置水尺或者在橋面設置固定的觀測點，用懸吊錘進行水位觀測。根據我國的《水位觀測標準》規(guī)定每天按時按期對水位進行觀測。當洞庭湖水系進入汛期之后，可以根據每日的水位變化情況合理增加觀測次數，尤其是在水位急劇增長或者回落的期間，要增加觀測次數。

在針對水溫進行觀測的過程中，可以在臨時斷面處設置固定的觀測點進行觀測，用刻度誤差不超過0.1攝氏度的水溫計進行固定懸繩測量。結合調查數據做好水溫變化情況登記工作，及時分析洞庭湖流域的水溫變化情況。

3.2.3 針對流量的測驗工作

水文站的工作人員可以在臨時斷面處采用多點法對區(qū)域的水流量進行有效測驗，及時記錄并上傳相關的流量數據資料，從而幫助水文站更加清晰地掌握該區(qū)域斷面處的流速和流量數據，然后根據數據分析不同水位下的水面流速。當該區(qū)域屬于枯水期時，可以在臨時斷面應用流速儀進行測驗。在相對水深數值不超過0.6米處，可以采用涉水流速監(jiān)測的方式，針對水深相對較深的區(qū)域，可以利用流速儀器合或者相應的測速桿進行監(jiān)測。在汛期，可以利用雷達波測速儀進行監(jiān)測。

3.2.4 針對泥沙量的測驗工作

水文站的工作人員在針對流域的泥沙含量進行測驗的過程中，應該嚴格按照我國《河道懸移質泥沙測驗規(guī)范》中的要求進行測驗。如果遇到了本文中提及的施工情況，需要考慮到在施工期間，施工機械設備可能會對水體岸邊的泥沙產生擾動，然后使泥沙進入河流中，導致該流域泥沙含量在短期內增加?；诖?，相關的測驗人員可以在上游固定位置，即不受到施工干擾的區(qū)域進行定點取樣，并在水文資料中進行備注。如果存在斷面遷移的情況，可以采用懸移質輸沙率測驗技術進行測驗。在施工前期，要進行低水懸移質輸沙率測驗。而中、高水輸沙率測驗則要盡量避免受到施工的影響。同時，針對泥沙量進行測驗的最佳時期在汛期，數據測驗要超過十次以上。

3.2.5 針對相關水文資料的整理

在應急情況下一定要做好相關水文資料的整理工作。在針對水位進行測量的過程中，可以結合比測數據進行資料整理。將施工之前流域的水位替換為臨時斷面處水位進行整理。在清底工程項目結束之后，要根據新建立的水文斷面進行水文資料整理。針對施工時期的溢流壩等水頭，則按照原來的水位進行計算，并做好相關的整理工作。在進行推流計算的過程中，可以選擇連續(xù)實測流量過程線法。針對斷沙情況，則可以選擇實測單沙過程線法。在清底工程項目結束之后，可以采用臨時曲線法進行推流。

3.2.6 針對特殊情況的應急監(jiān)測工作分析

結合該水文站過往的測算數據和資料分析，相關的測驗人員可以應用統(tǒng)計學的相關方法來分析建站至今的最大洪峰流量，然后計算出處于不同頻次下的各級洪峰流量。根據實際測量可知，該水文站觀測到的最大洪水發(fā)生在1998年8月22日，該日的洪峰流量超過了3 033立方米每秒，根據頻率統(tǒng)計估計為百年一遇的洪水，為特大洪水。測算人員將臨時斷面作為觀測點進行估算，根據原來的河道比降數值和流速分析，如果現(xiàn)在出現(xiàn)該流量的洪峰，會直接淹沒立柱，淹沒周圍農田和公路。除此之外，水文站分析判斷，如果在上游發(fā)生洪水或者連續(xù)暴雨，要根據過往的降水數據對洪水位進行判斷，在必要時要將數據報送上級部門，做好預防工作。經過測算，如果發(fā)現(xiàn)洪水位和橋梁高度相似，此時要采取應急測量方法。為了確保觀測人員的生命安全，可以采用簡化以及概況測量方法進行水位監(jiān)測，并及時啟動特大洪水應急預案。特大洪水的應急措施，可以從臨時段的岸邊起點至上游，以100米作為浮標上段，進行漂浮物的測量。在橋面不安全的情況下，可以選擇在臨時段下游200米處的簡易吊橋作為過江斷面，利用中泓水面的浮標法進行測量。

4 制定方案和實戰(zhàn)演練

結合洞庭湖某水文站的測驗困難分析可知，在進行各項水文數據觀測的過程中，一定要做好實地勘察工作，并根據實地勘察的結果制定相應的解決方案以及對策。根據過往的水文數據和測驗經驗制定相應的測驗方案，以此來確保水文數據的精確性和完整性。在清底工程項目施工的過程中，可以開展實地測驗工作，針對測驗過程中出現(xiàn)的問題要及時進行完善，在開展應急監(jiān)測的過程中，要盡量降低測驗的復雜性，盡量采用簡化的測驗方法進行監(jiān)測。同時還要做好精確度檢驗和評析工作。在應急演練的過程中，主要的演練內容包括河段勘察、設立水尺、斷面測量、水位比測以及其他內業(yè)資料的分析和處理工作等等。

5 結束語

綜上所述，在水文測驗技術工作中，高質量的水文測驗不僅可以幫助水文站獲取水文數據。同時，考慮到不同流域的水文條件不同，在實際的水文測驗過程中可能會遇到各種各樣的問題?；诖?，一定要充分做好應急測驗工作，現(xiàn)階段的應急測驗工作不僅可以對一些大型自然洪澇災害進行測驗，同時也可以針對一些特殊情況進行測驗。對水文站的測驗人員來說，無論面對任何情況，都要確保水文資料的及時、有效以及準確。除此之外，水文站也要不斷完善自身的測驗技術和方法，面對測驗環(huán)境變化的情況要做好應變工作，確保水文資料的完整和翔實，更好地為社會發(fā)展和民生經濟發(fā)展提供必要的服務。

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