省界河流水量監(jiān)測(cè)方案調(diào)研與分析

周 峰 吳向東

（安徽淮河水資源科技有限公司 蚌埠 233001）

1 引言

淮河流域涉及行政區(qū)多。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地區(qū)之間、行業(yè)之間的水事矛盾增多，區(qū)域發(fā)展與水資源、水生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日顯突出，水資源協(xié)調(diào)、監(jiān)督與管理難度大，尤其是跨省、跨區(qū)域的重要水資源區(qū)域，水事矛盾尤為突出。

為更好切實(shí)履行《水法》等法律法規(guī)的規(guī)定和國(guó)務(wù)院水行政主管部門授予流域機(jī)構(gòu)的水資源管理職責(zé)，建立水資源管理責(zé)任和考核制度，滿足水資源管理對(duì)水資源監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要，落實(shí)2011年中央1號(hào)文件中最嚴(yán)格水資源管理制度“三條紅線”控制目標(biāo)，提高淮河流域水資源管理能力和監(jiān)測(cè)水平，開展淮河流域省界河流水資源監(jiān)測(cè)方案的研究是十分必要的。為了解淮河流域跨省界水資源水量監(jiān)測(cè)的基本情況，特開展此次調(diào)研與分析工作。

2 調(diào)研方案

2.1 調(diào)研目的

省界水資源監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)是強(qiáng)化流域水資源管理監(jiān)督考核的關(guān)鍵技術(shù)支撐，是落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度的重要基礎(chǔ)。本次調(diào)研與分析工作的開展是為下一步淮河流域省界水量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)設(shè)計(jì)與建設(shè)打下基礎(chǔ)，調(diào)研的主要目的有：

（1）通過調(diào)研，掌握斷面所在位置、河流、經(jīng)緯度、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、建設(shè)及運(yùn)行等情況。

（2）重點(diǎn)調(diào)查流域面積大于1000 km2的省界河流水文站控制情況，主要是水文站、水位站、遙測(cè)水位站的數(shù)量與分布等情況，水位（流量）監(jiān)測(cè)方式，是否滿足水資源管理水量監(jiān)測(cè)的要求。

（3）通過調(diào)研，全面分析省界河流水資源監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，針對(duì)各個(gè)斷面的實(shí)際情況，提出滿足流域水資源管理要求的水資源監(jiān)測(cè)方案。

2.2 調(diào)研組織

本次調(diào)研由淮委水資源處組織，參與單位有淮委水文局及安徽淮河水資源科技有限公司。

2.3 調(diào)研范圍

調(diào)研范圍為阜陽、六安、宿州三個(gè)市水文局管轄的主要省界河流主干及其主要支流的省界流量監(jiān)測(cè)段面：

（1）阜陽市水文局管轄范圍內(nèi)的洪河方集斷面，潁河界首水文站，惠濟(jì)河安溜水文站，渦河黃莊水文站以及淮河干流上的王家壩水文站，官沙湖分洪道王家壩（釤崗）斷面等。

（2）六安市水文局管轄范圍內(nèi)的史河干流上省界附近的紅石咀樞紐和葉集陳淋孜大橋斷面。

（3）宿州市水文局管轄范圍內(nèi)的澮河黃口閘；沱河永成閘；王引河固口閘；廢黃河三大家閘；新汴河的團(tuán)結(jié)閘、宿縣閘，奎河及其支流灌溝河、瑯溪河、閻河。

2.4 調(diào)研內(nèi)容

（1）水資源監(jiān)測(cè)斷面基本情況：所在河流名稱、所在水系、水功能區(qū)及地理位置、斷面上下游省份、斷面距上下游省份距離、大斷面圖、省界水資源監(jiān)測(cè)斷面示意圖等。

（2）斷面水文特征：歷年最高（最低）水位、多年平均水位、調(diào)研日期水位、歷年最大（最?。┝髁?、多年平均流量、調(diào)研日期流量等。

（3）斷面目前的管理方式、現(xiàn)有職工人數(shù)及管理單位情況。

（4）斷面目前的監(jiān)測(cè)能力及監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置情況：測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目和測(cè)驗(yàn)方式，著重了解流量測(cè)驗(yàn)方式，中小水條件下流量測(cè)驗(yàn)方式，測(cè)驗(yàn)頻率，測(cè)一次所需要時(shí)間，所需人員數(shù)量等。

（5）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理及報(bào)送情況：是否已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)報(bào)，采用哪種方式進(jìn)行報(bào)送，時(shí)效性和穩(wěn)定性如何等。

3 省界水量監(jiān)測(cè)方案分析

3.1 站網(wǎng)布設(shè)原則

通過對(duì)劃定的斷面作實(shí)地考察，向斷面所屬水文站、水文局收集斷面水文特征、斷面目前的管理方式、斷面管理單位情況、斷面目前的監(jiān)測(cè)能力及監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置情況等資料。通過對(duì)調(diào)研資料的分析，綜合評(píng)判各個(gè)斷面建設(shè)自動(dòng)流量站的條件，提出滿足流域水資源管理要求的水資源監(jiān)測(cè)方案。自動(dòng)流量站的設(shè)置主要有以下原則：

（1）原則上應(yīng)設(shè)于省界上，但考慮到上下游現(xiàn)有斷面，避免重復(fù)建設(shè)等情況，可選擇省界上下游較近的斷面進(jìn)行改造。另外，該斷面與省界之間需無較大支流匯入。

（2）現(xiàn)有斷面須有水文站、閘管所等作為依托，便于管理維護(hù)。

（3）現(xiàn)有斷面須具備一定監(jiān)測(cè)設(shè)備的配置。

（4）斷面所處河道在枯水期須有一定流量，以保證測(cè)流設(shè)備的正常運(yùn)行。

3.2 站網(wǎng)布設(shè)結(jié)果

根據(jù)查勘所見實(shí)際情況以及各個(gè)斷面條件、水文特征情況和現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)條件、管理?xiàng)l件等，綜合評(píng)判各個(gè)斷面自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建設(shè)條件如下：

（1）地理城斷面、王家壩、方集斷面、界首斷面、安溜斷面、大寺閘樞紐、紅石咀樞紐、黃口閘、永城閘、固口閘、團(tuán)結(jié)閘、欄桿集水文站這些斷面適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

①惠濟(jì)河上的安溜斷面、洪河上的方集斷面和洪河分洪道上的地理城斷面情況較為相似，斷面附近河段穩(wěn)定，水文站測(cè)流設(shè)備齊全，適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

②黃口閘、永城閘、固口閘、團(tuán)結(jié)閘這四個(gè)斷面基本情況較為接近，閘附近均設(shè)有水文站，河段情況穩(wěn)定，水文站測(cè)流設(shè)施齊全，便于管理。適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

③渦河、惠濟(jì)河、小洪河三條跨省河流在亳州市區(qū)匯流至渦河主干，大寺閘樞紐位于亳州市下游渦河河干上。在這里建設(shè)在線流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站可掌握這三條跨省河流的流量匯總情況。建成自動(dòng)監(jiān)測(cè)站后也可以以附近的大寺閘水文站為依托，便于管理和維護(hù)。

④奎河位于蘇皖邊界，支流眾多但相對(duì)較小，調(diào)研了奎河干流上的伊橋省界斷面，奎河支流瑯溪河、閻河上的斷面，以及支流匯流后下游的欄桿集水文站。其中伊橋斷面、郎溪河斷面、閻河閘斷面相對(duì)比較偏遠(yuǎn)，交通不便，斷面上沒有相關(guān)的測(cè)流設(shè)施，平時(shí)水量監(jiān)測(cè)不能覆蓋這些斷面。匯流后下游的欄桿集水文站測(cè)流設(shè)施齊全，有水文站為依托，便于管理，適合建站。

⑥紅石咀樞紐位于史河安徽省境內(nèi)的干流上，史河經(jīng)紅石咀分為三部分：史河干流、南干渠、史河總干渠。南干渠與史河干流均流向河南省，史河總干渠流向安徽省，南干渠與史河總干渠的水主要用于河南、安徽兩省的農(nóng)田灌溉。在紅石咀建設(shè)水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站有利于實(shí)時(shí)掌握流量信息，算清豫皖兩省的水賬，對(duì)豫皖兩省的防洪、灌溉的宏觀調(diào)控有巨大作用。

⑦界首水文站已安裝了一套試驗(yàn)性流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是淮委水文局根據(jù)水文行業(yè)規(guī)范《二線能坡法測(cè)流規(guī)程》，結(jié)合淮河流域河道流量的特性，研發(fā)的一套應(yīng)用于天然河流的流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有建設(shè)快、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

該系統(tǒng)于2012年3月安裝在沙潁河豫皖省界界首水文站，已獲得良好的效果，能夠?yàn)榱饔蛩Y源監(jiān)測(cè)提供一種實(shí)用可行的選擇方案。

（2）官沙湖分洪道上的王家壩（釤崗）斷面，渦河黃莊斷面、茨河張冊(cè)閘斷面、史河葉集斷面、澮河岳集斷面、廢黃河三大家閘和奎河支流的伊橋斷面、郎溪河斷面、閻河閘斷面不適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。

①王家壩（釤崗）斷面位于官沙湖分洪道上，現(xiàn)行測(cè)流方式為橋測(cè)，僅有一個(gè)水位自記井，測(cè)流設(shè)施不齊全，離王家壩水文站相距較遠(yuǎn)，不便管理，在枯水期河道基本無流量，不適合建造自動(dòng)測(cè)流站。

②渦河黃莊斷面由黃莊水文站管理，現(xiàn)行測(cè)流方式為纜道測(cè)流。斷面過往采沙船較多，采沙已嚴(yán)重影響兩側(cè)河岸的穩(wěn)定性，造成河岸的坍塌。由于大部分為非法采沙船，流動(dòng)性強(qiáng)，對(duì)自動(dòng)測(cè)流設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，故不建議在黃莊斷面建設(shè)在線流量監(jiān)測(cè)設(shè)備。

③茨河張冊(cè)閘斷面、史河葉集斷面為新建斷面，現(xiàn)行測(cè)流方式為巡測(cè)，暫無任何相關(guān)測(cè)流設(shè)施，缺少水文站的依托不便管理，不適合建設(shè)在線流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。奎河支流的伊橋斷面、郎溪河斷面、閻河閘斷面情況與前者相似，斷面測(cè)流方式均為巡測(cè)，沒有水文站的依托，缺少基本固定測(cè)流設(shè)施，枯水期斷面流量較小，建議現(xiàn)狀條件下仍采取人工測(cè)流方式測(cè)流。

④廢黃河的三大家閘斷面、澮河岳集斷面同樣缺乏水文站及固定的水文站作為支持，不便管理，枯水期斷面上水深淺，流量小，不適合開展流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)，目前采用巡測(cè)的方式測(cè)流，建議仍采取人工測(cè)流方式測(cè)流。

3.3 監(jiān)測(cè)方案

調(diào)研結(jié)果表明，目前絕大多數(shù)水文站流量監(jiān)測(cè)方式為：流速儀法（吊船、纜道、機(jī)動(dòng)船定位等多種方法）和ADCP法（移動(dòng)式和固定式）。另外，一種新型流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正在界首站進(jìn)行試驗(yàn)，系統(tǒng)可通過實(shí)時(shí)水位和二線能坡法流量計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。經(jīng)初步比測(cè)實(shí)驗(yàn)分析，成果比較理想。

（1）流速儀法

工作原理：將斷面虛擬成N條垂線（主要是根據(jù)河底高程起伏拐點(diǎn)來設(shè)定），在每條垂線上測(cè)出不同高度的測(cè)點(diǎn)流速（精測(cè)法是5點(diǎn)、簡(jiǎn)測(cè)法是1點(diǎn)），每個(gè)點(diǎn)要測(cè)足100秒（以消除水流脈動(dòng)影響），所有測(cè)點(diǎn)結(jié)束后，用各垂線平均流速乘以相應(yīng)面積得到部分流量，最后求出斷面各部分流量之和即總流量。

特點(diǎn)：除纜道安全外（人不涉水），其他兩種方法都存在一定風(fēng)險(xiǎn)，幾乎每年都有水文測(cè)工為此獻(xiàn)出寶貴生命。流速儀法是最傳統(tǒng)最費(fèi)力最費(fèi)時(shí)最危險(xiǎn)歷史最悠久的測(cè)流方式，但也是目前最為權(quán)威的測(cè)法。

（2）ADCP 法

工作原理：ADCP（AdvancedDataCommunicationProtocol）是美國(guó)基于超聲波原理用于海洋測(cè)流的一種新型測(cè)流測(cè)斷面積的儀器的縮寫。通過在測(cè)流斷面上布設(shè)多條垂線，在每條垂線處測(cè)量水深并測(cè)量多點(diǎn)的流速?gòu)亩玫酱咕€平均流速，但與傳統(tǒng)流速儀法相比較，ADCP所測(cè)的垂線可以很多，每條垂線上的測(cè)點(diǎn)也很多。

特點(diǎn)：走航式ADCP使用無線ADCP時(shí)人都不涉水，比較安全；風(fēng)浪流速不大時(shí)用小船使用有線ADCP也很安全；固定式ADCP中，人員均不涉水，十分安全。是當(dāng)前最快捷最受歡迎的測(cè)法，缺點(diǎn)是比較昂貴；固定式ADCP在中小型河道，特別是規(guī)則河道使用效果很好，但要根據(jù)不同水位上下移動(dòng)儀器，以保持儀器在最佳率定位置，率定期可能會(huì)很長(zhǎng)，優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過率定后的HADCP可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

（3）二線能坡法

工作原理：以曼寧公式為基礎(chǔ)，借助水力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，建立與曼寧公式具有相同結(jié)構(gòu)形式的垂線流速公式；改天然河道中綜合糙率為分解糙率；并以二條實(shí)測(cè)垂線流速為已知條件反求能坡（水流能量坡度）參數(shù)，代替曼寧公式中比降與糙率的比值關(guān)系，從而使成果精度顯著提高，并借助等效流量原理，解決多種非恒定、非均勻流條件下流量計(jì)量問題。

特點(diǎn)：能坡法測(cè)流投資小、建設(shè)快，更重要的是使得流量測(cè)驗(yàn)方式成為在線測(cè)流。這在水文測(cè)驗(yàn)史上是個(gè)重大突破，在節(jié)省投資的同時(shí)也達(dá)到了高度自動(dòng)化，減少了人工需求。由于該系統(tǒng)問世較晚，對(duì)安裝在河槽底部的支撐系統(tǒng)要求高，有進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化的要求。

4 結(jié)語與建議

4.1 結(jié)論

本次調(diào)研實(shí)地查勘了阜陽、六安、宿州三個(gè)市水文局管轄范圍內(nèi)的主要省界河流主干及其主要支流的省界斷面，了解了各個(gè)斷面的水文特征、斷面管理方式、斷面監(jiān)測(cè)方式及監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)報(bào)送方式等基本情況。通過對(duì)淮河流域跨省界水資源水量監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀的分析，初步選定相應(yīng)監(jiān)測(cè)方案，為建設(shè)流域水資源監(jiān)控能力的省界水量監(jiān)測(cè)體系、提高水資源管理水平提供支撐。

4.2 建議

（1）通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)水文設(shè)施陳舊，如紅石咀史河總干渠控制斷面的測(cè)流纜道仍為手動(dòng)，建議對(duì)其進(jìn)行改造為自動(dòng)纜道，以節(jié)省人力資源，提升工作效率。

（2）大部分水位設(shè)施位于野外，在不同程度上會(huì)受到人為活動(dòng)的影響，尤其是渦河的黃莊水文站所處的河段來往采砂船較多，采砂活動(dòng)已影響到河堤的穩(wěn)定，甚至可能導(dǎo)致測(cè)流設(shè)施存的損壞，影響其精準(zhǔn)性。建議相關(guān)部門加強(qiáng)相關(guān)設(shè)施的保護(hù)工作，加強(qiáng)巡查，保護(hù)相關(guān)設(shè)施，保證其精準(zhǔn)性。

（3）二線能坡法測(cè)流打破了傳統(tǒng)，使得流量測(cè)驗(yàn)方式成為在線測(cè)流。同時(shí)具備投資小、建設(shè)快，在節(jié)省投資的同時(shí)也達(dá)到了高度自動(dòng)化，減少了人工需求等優(yōu)點(diǎn)。建議進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化并予以推廣