黃泥莊水文監(jiān)測站水文監(jiān)測及特征分析

張 煒

（六安水文水資源局，安徽 六安 237300）

1 黃泥莊水文監(jiān)測站概況

黃泥莊水文監(jiān)測站建成于1956 年，位于安徽省金寨縣南溪鎮(zhèn)丁埠村，是安徽省二類精度站，集水面積805 km2，屬于淮河流域史河水系，是梅山水庫入庫控制站，監(jiān)測站與河口之間的距離為151 km，與黃?；孑^差值-0.059 m，主要為防汛抗旱、水資源等服務(wù)。

黃泥莊水文監(jiān)測站的監(jiān)測河道及斷面比較穩(wěn)定，為砂卵石河床，河道兩岸山體為自然山體。1998 年在檢測斷面上游6 km 處建造了黃莊水庫和黃莊電站，2010 年在檢測斷面下游600 m處建造了甲河水庫和甲河電站，屬于蓄水區(qū)范圍。黃泥莊水文監(jiān)測站為山區(qū)性河流，水情變化受降雨影響，暴漲暴落。由于受黃莊電站和甲河電站發(fā)電影響，在低枯水期，水位、流量很難施測。尤其是甲河電站蓄水發(fā)電對黃泥莊水位流量關(guān)系帶來巨大影響，水位流量關(guān)系極為紊亂，急需構(gòu)建水文信息全過程監(jiān)測系統(tǒng)，來對水文特征進(jìn)行分析。

黃泥莊水文監(jiān)測站共設(shè)有5個水準(zhǔn)點，其中1個引據(jù)點、3個基本點和1個校核點。

2 水位監(jiān)測室內(nèi)試驗

用水位計對水位面壓力和同時刻大氣壓力檢測，兩個壓力值相減換算出對應(yīng)水位值，水位計型號HOBO U20-001-0X。

在進(jìn)行水位監(jiān)測前，需要通過數(shù)次校正試驗，求得該水位計的壓力與水位間的換算參數(shù)。用亞克力材料加工壓力水位校正試驗設(shè)備，設(shè)備尺寸長20 cm、寬2 cm、高30 cm，共由兩部分組成。其中上半部分的高度為30 cm，對不同水位情況進(jìn)行模擬，下半部分的高度為20 cm，設(shè)置有直徑3 cm、高14 cm 的圓柱筒，將水位計1 安裝在圓柱筒中，進(jìn)行河道安裝水位計的模擬，將水位計2安裝在試驗設(shè)備外部與水位計1等高。將水加入試驗設(shè)備中，模擬水位不斷升高。水位計1測量的是大氣和水的壓力之和，水位計2 測量同一時間的大氣壓力，記錄水位計測量時試驗設(shè)備中的水位值。

試驗結(jié)束后，根據(jù)兩個水位計間壓力差，得到水位計的壓力與水位間換算關(guān)系，換算對應(yīng)的水位。換算公式為：

式中：H表示水位，單位m；P1表示大氣和水的壓力之和，單位103N/m3；表示大氣壓力，單位103N/m2；表示常溫時水的密度，一般取值為1.0 kg/m3；g表示重力加速度，一般取值為9.8 m/s2。

分別進(jìn)行三次試驗，并對實際水位與監(jiān)測水位進(jìn)行線性擬合，三次線性擬合如圖1所示。

圖1 實際水位與監(jiān)測水位擬合圖

從圖1 中可以看出，三次試驗的水位擬合均比較好，確定性系數(shù)大于0.99。監(jiān)測水位略小于實際水位，原因是在對壓力和水位進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，重力加速度的取值存在不同。將試驗結(jié)果進(jìn)行擬合，得到壓力與水位換算系數(shù)約為9.219 m/s2。此外，通過試驗可知，在水位較低（小于10 cm）時，監(jiān)測水位與實際水位之間存在較大誤差，主要原因是水位計測量壓力的氣孔位置在其底部。在實際檢測中，通過將水位計埋進(jìn)地面以下，使水位計的頂部和水位為零時高度一致，從而減小監(jiān)測誤差?？傊?，通過埋設(shè)水位計的方法監(jiān)測枯水期水位是可行的。

3 黃泥莊水文監(jiān)測站水文信息全過程監(jiān)測系統(tǒng)

3.1 黃泥莊水文監(jiān)測站水文信息監(jiān)測要求

3.1.1 水位監(jiān)測要求

黃泥莊水文監(jiān)測站將水位分為高、中、低、枯四級，水位138 m 以上為高水位，135.20～138 m 之間為中水位，134.75～135.20 m之間為低水位，134.75 m以下為枯水位。

對于水位監(jiān)測，嚴(yán)格執(zhí)行《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)規(guī)定。水位監(jiān)測需要將水位整體的變化過程全部測量，從而能夠進(jìn)行后續(xù)的計算每日平均水位、水文信息整編、統(tǒng)計特征值和水情拍報等工作任務(wù)。水位監(jiān)測全年采用自動監(jiān)測，在汛期和有明顯洪水過程期間，每天8：00進(jìn)行校核，其余時期，每天10：00進(jìn)行校核，校核形式有人工和視頻兩種形式。在水位誤差超過2 cm時需要進(jìn)行校核，在高（洪）水期間校測次數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加。水位記錄過程應(yīng)實時監(jiān)控自動監(jiān)測，在出現(xiàn)故障時應(yīng)及時將故障排除，在設(shè)備還沒有恢復(fù)正常運行期間，采用人工或視頻觀測形式，具體要求為：在河道水位的變化較小時，每天對水位進(jìn)行兩次觀測，觀測時間分別為8：00和20：00；在河道水位的變化較小時，每天對水位進(jìn)行四次觀測；在水位變化劇烈或洪水期時，每天對水位觀測次數(shù)不少于8次，需要將峰、谷和完整的水位變化過程全部測到。

3.1.2 降水監(jiān)測要求

對于降水監(jiān)測，按照《降水量觀測規(guī)范》中的規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行。降水監(jiān)測全年采用自動監(jiān)測，降雨日8 時觀（校）測一次，暴雨期間需要將觀（校）測次數(shù)進(jìn)行適當(dāng)增加。降雪、降雹期間采用人工觀測的形式，除了在8 時觀測一次外，需要將觀測次數(shù)進(jìn)行適當(dāng)增加，并且需要對降雪深度、冰雹最大粒徑和平均粒徑進(jìn)行測量。當(dāng)降水自動監(jiān)測設(shè)備出現(xiàn)故障時，需要及時將故障排除，在故障設(shè)備未恢復(fù)正常前，需要增加人工觀測次數(shù)，以滿足整編和報訊的要求。

3.1.3 流量監(jiān)測要求

對于流量監(jiān)測，嚴(yán)格執(zhí)行《河流流量測驗規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，對于使用水文纜道流速儀的，應(yīng)按照《水文纜道測驗規(guī)范》中的要求進(jìn)行測驗。在進(jìn)行流量測驗時，需要使定線、每日流量和各特征值的要求都要得到滿足，同時還應(yīng)當(dāng)滿足防汛調(diào)度和抗旱的要求。流量監(jiān)測采用高洪雷達(dá)波測流系統(tǒng)、纜道流速儀。流量測量次數(shù)按照水位級合理布置，發(fā)生洪水時，應(yīng)對洪水的開始、峰值、峰腰兩側(cè)和回落都要進(jìn)行測量。每年測量次數(shù)不少于15 次。對于水文監(jiān)測站上、下游工情變化情況要隨時了解，在出現(xiàn)特殊水情時需要及時增加測量。高洪雷達(dá)波自動測流成果滿足要求時，采用高洪雷達(dá)波自動監(jiān)測為主、人工進(jìn)行校測的監(jiān)測方式。

3.2 黃泥莊水文監(jiān)測站水文信息全過程監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建

黃泥莊水文監(jiān)測站通過安裝雨量計、水位計和流量計進(jìn)行降水、水位和流量的立體監(jiān)測。雨量計共安裝2 臺，為自記式雨量計，用來監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的降水量。

河道內(nèi)安裝2 套自動測流裝置，配備太陽能充電模塊，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將監(jiān)測的水位和流量數(shù)據(jù)實時傳輸，使河道水文信息實現(xiàn)全過程監(jiān)測。

以檢測期間發(fā)生的典型降水事件為案例，對降水期間水位和流量的特點進(jìn)行分析，總結(jié)降水過程和上方水庫啟閉對河道水流特征的影響。使用水位計和視頻監(jiān)控設(shè)備對河道上河道水位和流量進(jìn)行監(jiān)測，分析和總結(jié)降水過程中河道水位和流量的變化過程，進(jìn)而提前做好防洪預(yù)案。

4 黃泥莊水文監(jiān)測站水文特征分析

4.1 黃泥莊水文監(jiān)測站降水事件監(jiān)測結(jié)果分析

選取2020 年的7 月10 日至7 月20 日降水事件進(jìn)行研究，對河道水位、流量進(jìn)行分析。此次降水事件起自2020 年7 月10 日8：00，訖于2020 年7 月20 日8：00，與此相對應(yīng)的洪水時間起自2020 年7 月11 日8：00，訖于2020 年7 月23 日8：00，洪峰時間為7月19日7：07，此次洪水特征如表1所示。

表1 黃泥莊水文監(jiān)測站降水事件洪水特征表

2020 年7 月19 日7：07 達(dá)到最高水位142.88 m，最大流量3 210 m3/s。7月20日8：00降水結(jié)束，水位和流量趨于穩(wěn)定。

4.2 黃泥莊水文監(jiān)測站水文特征

截至2022年末，黃泥莊水文監(jiān)測站水文特征表略。

5 結(jié)語

黃泥莊水文監(jiān)測站應(yīng)用水位計和視頻監(jiān)控設(shè)備，對河道水位、降水和流量的長期、自動檢測，構(gòu)建了水文信息全過程監(jiān)測系統(tǒng)。對區(qū)域內(nèi)的水文信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出了控制區(qū)域內(nèi)的水文特征。