對(duì)南莊站水文測(cè)驗(yàn)的思考

馮俊杰

（忻州市水文水資源勘測(cè)分局山西忻州03400 0）

1 水文測(cè)驗(yàn)的意義

水文測(cè)驗(yàn)是指從站網(wǎng)布設(shè)到收集、整編水文資料的全部技術(shù)過程。狹義水文測(cè)驗(yàn)是指測(cè)量水文要素所進(jìn)行的全部作業(yè)。根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)資料，可以掌握各地的降水徑流和水質(zhì)等水文情況，為防汛抗旱斗爭(zhēng)、防止水源污染提供情報(bào)；通過對(duì)水文測(cè)驗(yàn)資料的分析，可以探索水文規(guī)律，為水利建設(shè)和其他國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

南莊水文站自1953年6月開始建站至今已有60余年的歷史，在這期間這些水文數(shù)據(jù)滿足了當(dāng)?shù)卣慕ㄔO(shè)和有關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門應(yīng)用的要求，為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步起到了積極的作用，現(xiàn)在在經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的今天，更離不開水文測(cè)驗(yàn)工作。

2 水文、流域及測(cè)驗(yàn)河段概況

2.1 流域概況

南莊水文站位于山西省定襄縣河邊鎮(zhèn)南莊村東的滹沱河上，屬海河流域子牙河水系。該站于1953年6月1日由山西省人民政府水利局設(shè)立，為國(guó)家基本水文站，亦為山西省滹沱河出口干流控制站。南莊水文站以上集水面積為11936km2，主河道長(zhǎng)250.7km，干流平均縱坡1/460，高差2411m。在南莊水文站以上，較大支流主要有陽武河、牧馬河和清水河，流域四周群山環(huán)繞，濟(jì)勝橋水文站至南莊水文站為山區(qū)河道，河床窄深，河道坡度逐漸變陡，河床組成由砂質(zhì)河床逐漸變?yōu)槁训[石河床。

南莊站流域內(nèi)水利工程眾多，其中：中型水庫7座，分別為孤山水庫、下茹越水庫、神山水庫、觀上水庫、米家寨水庫、雙乳山水庫、唐家灣水庫，在濟(jì)勝橋水文站下游有多處水電站，水庫控制流域面積為2084km2，總庫容為10674.2×104m3，建于1958～1978年之間。小（一）型水庫19座，控制流域面積為1169.5km2，總庫容為524×104m3，建于1958～1980年之間。?。ǘ┬退畮?9座，控制流域面積為565.75km2，總庫容為1408×104m3，建于1958～1983年之間。三種類型水庫總控制流域面積達(dá)到3819.25km2，占南莊水文站控制流域面積的32%，對(duì)洪水有一定的影響，改變了洪水的天然狀態(tài)，起蓄洪、滯洪的作用。

2.2 測(cè)驗(yàn)河段、測(cè)流設(shè)備、測(cè)流方法

南莊水文站處于深山峽谷之中，周圍高山聳立，插入云霄。水文測(cè)驗(yàn)河段基本順直，順直段約500 m，基本水尺斷面上游320 m及基本水尺斷面下游280 m處有急彎，基本水尺斷面下游240 m處有急灘，水文測(cè)驗(yàn)斷面為U型，河槽窄而深，水文測(cè)驗(yàn)斷面寬約150 m。河道兩岸為石山梯田。河床由泥沙卵石組成，洪水時(shí)沖淤變化大，糙率在0.025～0.038之間?；舅邤嗝嫦掠渭s50 m處河道左岸為河南坪村水電站引水渠道的引水口，枯水期以及平水時(shí)攔河壘壩，以保持發(fā)電站的用水量，洪水時(shí)攔河壩被沖，給測(cè)量工作帶來很大困難。測(cè)驗(yàn)河段常年有水，枯水期流量約4.50～11.3m3/s。

1953年6月建成浮標(biāo)投放器，1967年建成雙主索在纜車上手搖的測(cè)流纜車，1998年改造成單主索電動(dòng)載人測(cè)流纜車，至今一直使用。

測(cè)流方法主要有：1）涉水或纜車上采用流速儀法測(cè)流；2）使用浮標(biāo)投放器時(shí)視洪水情況分別采用均勻浮標(biāo)法、中弘浮標(biāo)法測(cè)流；3）采用天然浮標(biāo)測(cè)流；4）比降面積法測(cè)流。使用浮標(biāo)法或比降面積法測(cè)流，計(jì)算流量時(shí)均需借用斷面。本站水面浮標(biāo)流速系數(shù)采用0.86～0.88。

3 對(duì)水文測(cè)驗(yàn)的影響因素

3.1 水利水電工程的影響

根據(jù)滹沱河南莊水文站多年資料反映，由于受上游水電站壩區(qū)攔蓄、電站開啟閘門和電站關(guān)閉閘門影響，滹沱河來水過程及其水文規(guī)律遭到破壞，主要是攔蓄了天然水流過程，削減滯后了洪峰、沙峰，使水文資料失去了連續(xù)性和代表性，對(duì)水文監(jiān)測(cè)和水文情報(bào)產(chǎn)生了直接影響。

1）對(duì)水位、流量的影響。由于受電站開啟閘門和關(guān)閉閘門影響，南莊水文站測(cè)驗(yàn)斷面的水位、流量無變化規(guī)律，日變幅較大，在現(xiàn)有的水文測(cè)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備的情況下，直接影響了水文測(cè)驗(yàn)的精確性，同時(shí)使外業(yè)測(cè)驗(yàn)、內(nèi)業(yè)計(jì)算和資料分析整編等工作量大幅增加。

2）對(duì)含沙量、輸沙率的影響。受壩區(qū)攔蓄影響，6月至9月上游河道來沙部分被截，10月至次年5月無規(guī)律排水沖沙，使得河道天然含沙量、輸沙率的變化過程遭到破壞，洪峰沙量過程不相應(yīng)，輸沙量的測(cè)驗(yàn)次數(shù)明顯增加。另外，由于上游來沙中的大部分粗泥沙沉積于壩內(nèi)，無法開展泥沙顆粒分析工作，資料的代表性，連續(xù)性失真，直接影響了水文情報(bào)、水文監(jiān)測(cè)、水文預(yù)報(bào)資料。

3）對(duì)水文情報(bào)預(yù)報(bào)的影響。受上游電站調(diào)蓄影響，使得原有的洪水預(yù)報(bào)方案精度降低，預(yù)見性變差，主要表現(xiàn)在上下游水文站不同量級(jí)洪水的水位、洪峰、洪量、沙量變化過程無規(guī)律。

4）對(duì)水文測(cè)驗(yàn)、資料的影響。水文站測(cè)驗(yàn)（包括低枯水測(cè)驗(yàn)）因受到水利、水電工程的影響而難度增大，特別是因?yàn)榘l(fā)電造成水位頻繁變化，水流狀態(tài)復(fù)雜化，流量測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)難以把握，流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)明顯增加甚至無法控制完整的流量過程。

5）受水電工程回水影響。水電工程建設(shè)在水文站測(cè)驗(yàn)斷面下游，受工程回水影響，河道水流流態(tài)發(fā)生變化，低水水位與流量關(guān)系點(diǎn)非常散亂，沒有穩(wěn)定的關(guān)系。

6）受下游攔河壩的影響。在本站基本水尺斷面下游約100 m處有一亂石攔河壩，在洪水未把石壩沖開或沖毀之前，由于壩的攔水作用，使得上比降水尺斷面、基本水尺斷面、下比降水尺斷面三個(gè)斷面處的水面幾乎是成一水平面，從而影響了比降水尺的觀測(cè)，使得糙率分析工作無法開展。

7）受跨流域引水影響。跨流域引水工程的修建改變了天然河流的水量變化規(guī)律，造成水文資料失真和水帳不清。

3.2 河道植物的影響

河道植物是指生長(zhǎng)在河流水體中、邊灘、沙洲及其兩岸（或堤防）上的植物。本站每年4月至9月是河道植物的生長(zhǎng)旺盛期，其對(duì)水文測(cè)驗(yàn)的影響，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1）水草隨波擺動(dòng)干擾及纏繞在流速儀儀器的旋杯或槳葉上，使流速儀無法正常工作，水文測(cè)驗(yàn)難以完成。2）河道植物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，通常指植物本身對(duì)水流的阻礙作用，使得水體的流速非常慢，甚至不滿足流速儀額定流速工作范圍的條件，從而影響流量的測(cè)驗(yàn)精度。3）河道植物不僅影響了水流運(yùn)行的速度，同時(shí)它也抬高了河道水位，導(dǎo)致同水位下的流量點(diǎn)偏左，從而改變了原有河道正常水位流量關(guān)系形態(tài)。4）在降水發(fā)生時(shí)，由于受河道植物枝葉的影響，明顯降低其對(duì)地面沖擊力的力度，進(jìn)而減輕水土流失，同時(shí)由于植物莖干對(duì)河道泥沙的阻礙作用，使得部分泥沙沉積于河床，從而抬高了河床以及減少了河道水體的含沙量。5）斷面兩岸灘地農(nóng)作物的種植，一般種植的有馬鈴薯、紅薯、花生、豆角等低稈植物和玉米高稈植物。在洪水初始漫灘時(shí)，一些高稈作物不容易倒伏，這樣不但改變了測(cè)速垂線起點(diǎn)距位置的準(zhǔn)確放置，而且有時(shí)甚至難以實(shí)施流量的測(cè)驗(yàn)，從而降低了流量的測(cè)驗(yàn)精度。另外，由于不同種作物混種，使得灘地糙率系數(shù)發(fā)生很大變化，糙率分析工作量加大。

4 建議

（1）加強(qiáng)測(cè)驗(yàn)頻次。增加水位、流量、含沙量觀測(cè)次數(shù)，提高單次測(cè)驗(yàn)精度，以控制完整的水沙變化過程，改變資料整編方法，滿足資料整編和水文預(yù)報(bào)要求。

（2）改進(jìn)測(cè)驗(yàn)方法。一是采用先進(jìn)的測(cè)驗(yàn)設(shè)備，解決低流速及水草纏繞等測(cè)驗(yàn)難的問題，二是因地制宜采用水工建筑物推算流量。

（3）改進(jìn)測(cè)驗(yàn)方式。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)大發(fā)展的今天，穩(wěn)定和完善水文站網(wǎng)的同時(shí)，利用先進(jìn)的技術(shù)和采用先進(jìn)的測(cè)驗(yàn)設(shè)備，積極探索站隊(duì)結(jié)合之路，發(fā)展水文巡測(cè)。

（4）加強(qiáng)職工專業(yè)知識(shí)素質(zhì)教育，提供專業(yè)實(shí)踐培訓(xùn)平臺(tái)，營(yíng)造和諧、舒適的工作環(huán)境，強(qiáng)化水文資料整編與測(cè)驗(yàn)工作相結(jié)合、日常測(cè)驗(yàn)與日常分析研究相結(jié)合的原則，努力提高職工整體素質(zhì)。

（5）水文部門要根據(jù)相關(guān)法律、法規(guī)、政策積極主動(dòng)向各級(jí)政府的計(jì)劃部門、工程建設(shè)單位的主管部門及相關(guān)審批部門建議，重視工程對(duì)水文的影響，加強(qiáng)對(duì)水利工程的管理，嚴(yán)格審批制度。

（6）積極做好水文條例的宣傳工作，嚴(yán)禁在水文測(cè)驗(yàn)斷面耕種農(nóng)作物以及挖溝、采砂。