流域水文自動測報站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計及實踐探析

蒲　強(qiáng)

(新疆維吾爾自治區(qū)水文局，新疆 烏魯木齊 830000)

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流域水文自動測報站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計及實踐探析

蒲強(qiáng)

(新疆維吾爾自治區(qū)水文局，新疆 烏魯木齊 830000)

在我國960萬 km2的土地上，分布著諸多流域，其中較具代表性的有長江流域、黃河流域、珠江流域、淮河流域等等。對于各流域而言，水文測報是一項不可或缺的重要內(nèi)容，其通過對雨、水、流量等水文要素的測定，為流域防汛抗旱工作的開展提供決策依據(jù)。為了確保水文測報質(zhì)量，必須對其站網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計予以重視。基于此點，本文以黃河流域中游的河龍區(qū)間作為研究對象，對水文自動測報站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計思路進(jìn)行論述。

流域；水文；測報；站網(wǎng)；規(guī)劃設(shè)計

為了滿足江河流域及水庫防汛工作的需要，并逐步實現(xiàn)科學(xué)化、規(guī)范化的管理目標(biāo)，國家水利部與能源部聯(lián)合開展了建設(shè)以超短波通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的水文實時信息采集、傳輸、處理、預(yù)報等功能為一體的自動測報系統(tǒng)。該系統(tǒng)最為突出特點的是技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、功能完善、運行穩(wěn)定，它以現(xiàn)代通信技術(shù)為基礎(chǔ)，保證了流域防汛工作開展所需的相關(guān)水文數(shù)據(jù)的安全、可靠傳輸，因雨情、水情等信息的傳遞快速、及時，相關(guān)信息的采集不受人為因素影響，進(jìn)一步提升了原始水文資料的質(zhì)量。同時，中心站采用具備數(shù)據(jù)快速處理能力的計算機(jī)、流域水文預(yù)報模型及圖形圖像處理技術(shù)，使預(yù)報精度獲得顯著提高。在水文自動測報系統(tǒng)的建設(shè)與管理中，站網(wǎng)的合理布設(shè)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大量的實踐表明，站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計是否合理，不但關(guān)系到測報系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模及前期投資，而且還與系統(tǒng)建成后的運維工作密切相關(guān)，不僅如此，還關(guān)系到水文預(yù)報精度。因此，必須對站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計予以足夠的重視，并不斷加大站網(wǎng)布設(shè)的研究力度，使站網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計合理、可行，借此來減少建設(shè)與運行中的問題。

1　流域水文自動測報站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計

為便于研究，本文以黃河流域中的河龍區(qū)間作為研究對象，對水文自動測報站網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計進(jìn)行論述。

1.1流域概況

黃河全長5 464 km，是我國的第二大河，其流經(jīng)多個省市，流域面積約為79.5×104km2。河龍區(qū)間位于黃河中游上段，它是河口鎮(zhèn)至龍門之間的區(qū)段，是黃河干流上最長的一段連續(xù)峽谷，干流長517 km，支流水系發(fā)育，流域面積在1 000 km2以上的支流有21條。該區(qū)間屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候，區(qū)間年均降雨量在300～500 mm左右，多年平均徑流量約為48.8×108m3，輸沙量約為6.3×108t。河龍區(qū)間是黃河流域兩大暴雨區(qū)之一，同時還是黃河下游洪水的主要來源，也是黃河泥沙最主要的來源，在該區(qū)間內(nèi)經(jīng)常會發(fā)生具有區(qū)域性特點的暴雨，雖然暴雨的歷時較短，但強(qiáng)度較大，由此很容易形成高含沙、峰型尖瘦的洪水。

1.2區(qū)間水文測報站網(wǎng)的實際情況

相關(guān)資料顯示，該區(qū)間范圍內(nèi)共有水文測報站83處，在現(xiàn)有的水文測報站網(wǎng)中，水文站的密度約為2 426 km2/個，雨量站的密度約為1 361 km2/個，詳情如表1所示。

表1　區(qū)間水文測報站網(wǎng)密度　 km2

由表1中的數(shù)據(jù)可知，吳堡-龍門這一區(qū)間范圍內(nèi)的測站密度最小，該區(qū)間范圍的水文站及雨量站的平均控制面積分為2 784 km2和1 525 km2，而WMO(世界氣象組織)推薦的水文測站最稀疏密度為水文站300～1 000 km2/個，雨量站100～250 km2/個，兩者之間的差距相對較大，需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

1.3現(xiàn)存的問題分析

目前，該區(qū)間內(nèi)水文測報站網(wǎng)主要存在如下問題：

1.3.1站網(wǎng)密度不足

通過表1中給出的相關(guān)數(shù)據(jù)可以清楚的看出，在該區(qū)間范圍內(nèi)的水文測報站網(wǎng)密度過于稀疏，尤其是吳堡-龍門區(qū)間，其水文站和雨量站的布設(shè)密度都與WMO推薦的最低站網(wǎng)密度標(biāo)準(zhǔn)不符。由于該區(qū)間雨量站網(wǎng)的密度稀疏，無法對暴雨空間分布情況進(jìn)行有效的控制，致使雨情預(yù)報不準(zhǔn)。例如，某年8月，山峽區(qū)間出現(xiàn)降雨，按照水文測報資料統(tǒng)計，此次暴雨的中心出現(xiàn)在昕水河大寧附近，最大雨量為78 mm。而氣象部門使用天眼系統(tǒng)獲得的資料顯示，暴雨中心出現(xiàn)在延水中上游一帶，延安站及安塞站的日降雨量分別為146 mm個123 mm。通過對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，暴雨中心地點的距離較遠(yuǎn)，且雨量也相差較大，預(yù)測的量級也不相同，區(qū)間預(yù)報為暴雨，氣象預(yù)報為大暴雨，兩者相差了一個等級。該情況充分反映出了現(xiàn)有水文測報雨量站網(wǎng)密度無法滿足雨情監(jiān)視的需要，不具備開展降雨徑流預(yù)報作業(yè)的能力。不僅如此，在河龍區(qū)間內(nèi)，還有部分一級支流未受水文站控制的情況，如府谷-龍門區(qū)間內(nèi)的蔚汾河，未受控的面積約為56%，延水河未受控的面積約為21%。因這些未控區(qū)間內(nèi)的雨量站過于稀少，致使區(qū)間降水無法預(yù)估，從而增大了吳堡站及龍門站洪水預(yù)報的難度。

1.3.2報訊時段長

該區(qū)間采用的人工報訊方式，雨情報訊為4段制，即每間隔6h進(jìn)行一次觀測和報訊，暴雨加報標(biāo)準(zhǔn)為2 h雨量≥20 mm。因河龍區(qū)間范圍內(nèi)有大很大一部分地區(qū)為干旱或半干旱地區(qū)，產(chǎn)流模式以超滲為主，加之該區(qū)間內(nèi)的水土流失情況比較嚴(yán)重，從而使得降雨強(qiáng)度對產(chǎn)流、產(chǎn)沙起主導(dǎo)性作用。同時，該區(qū)間常常會出現(xiàn)具有強(qiáng)度高和歷時短等特點的暴雨，這樣容易形成陡漲陡落的洪水，如果采用現(xiàn)行的4段制進(jìn)行汛情預(yù)報，很難對暴雨的時程變化進(jìn)行有效控制，由此會出現(xiàn)雨量尚未報出、洪峰已經(jīng)報出的情況。

1.3.3測報技術(shù)落后

受各方面因素的制約，該區(qū)間的水文測驗工作仍在使用傳統(tǒng)的儀器設(shè)備，如大洪水的測流以浮標(biāo)為主，并借用斷面對洪水流量進(jìn)行計算；水位觀測以水尺觀測為主。雖然近幾年一些重要的報訊地段配置了無線數(shù)字化傳輸設(shè)備，但由于受電離層的影響，干擾了短波的傳輸質(zhì)量，經(jīng)常會發(fā)生通訊中斷的問題，導(dǎo)致水情傳遞延時。

1.4水文自動測報系統(tǒng)站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計思路

1.4.1站網(wǎng)的布設(shè)的基本原則

在水文自動測報系統(tǒng)建設(shè)中，站網(wǎng)的合理布設(shè)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，在站網(wǎng)設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)遵循科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)運行的基本原則，并依據(jù)我國現(xiàn)行的《水文自動測報系統(tǒng)規(guī)范》SL61-2003 和《水文情報預(yù)報規(guī)范》GB/T 22482-2008 規(guī)范的規(guī)定要求，對站網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)，具體的布設(shè)原則如下：(1)遙測雨量站應(yīng)當(dāng)可以對該區(qū)間范圍暴雨空間分布進(jìn)行有效控制，暴雨中心重點區(qū)域的雨量站密度應(yīng)當(dāng)超過其它非重點地區(qū)。暴雨中心及易產(chǎn)流區(qū)的雨量站密度應(yīng)適當(dāng)增大；(2)遙測水文站應(yīng)當(dāng)可以對無控的洪水演進(jìn)情況進(jìn)行有效監(jiān)控；(3)站網(wǎng)布設(shè)應(yīng)以滿足測區(qū)水情、雨情變化控制及預(yù)報、調(diào)度為目標(biāo)；(4)站網(wǎng)的布設(shè)密度應(yīng)當(dāng)參考WMO推薦的標(biāo)準(zhǔn)，并兼顧本地區(qū)的具體情況；(5)應(yīng)當(dāng)一現(xiàn)有的水文測報站網(wǎng)為基礎(chǔ)，新增的雨量站盡可能在現(xiàn)有的水文站中選取，以此來確保資料的連續(xù)性。

1.4.2站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計要點

針對河龍區(qū)間水文測報站網(wǎng)現(xiàn)存的問題，結(jié)合水文自動測報站網(wǎng)設(shè)計原則，在現(xiàn)有站網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和補充，以此來滿足該區(qū)間暴雨空間分布及洪水演進(jìn)過程控制的需要。

1)雨量站布設(shè)。該區(qū)間的流域面積為111 591 km2，如果對整個區(qū)間進(jìn)行雨量站加密布設(shè)，且各站均按照自動化測報的要求進(jìn)行建設(shè)，會導(dǎo)致投資增大，并且還會造成運行管理負(fù)擔(dān)。鑒于此，通過等流時線法對重點范圍進(jìn)行確定，然后在該范圍內(nèi)進(jìn)行雨量站加密布設(shè)。從新調(diào)整后，新增雨量站130處，全部為委屬非報訊站，這樣整個區(qū)間的雨量站密度增加了1.6倍左右，府谷-龍門的雨量站密度增大了1.9倍。

2)水文站優(yōu)化調(diào)整。該區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的水文站數(shù)量保持不變，將調(diào)整的重點放在測報能力的提升上。通過遙測水位站的布設(shè)，除了能夠彌補原水文站密度不足的缺陷之外，還能增大府谷-龍門區(qū)間的流域控制面積，從而獲得更多的水情信息，為區(qū)間水文預(yù)報增加信息源，有利于預(yù)報精度的提升。為滿足測報要求，在府谷-龍門區(qū)間內(nèi)共增設(shè)了5處遙測水位站，3處布設(shè)在干流上，2處布設(shè)在支流上。

2　結(jié)語

綜上所述，本文在簡要闡述建設(shè)水文自動測報站網(wǎng)重要意義的基礎(chǔ)上，以黃河流域中游的河龍區(qū)間作為研究對象，分析了該區(qū)間水文測報站網(wǎng)現(xiàn)存的問題，據(jù)此提出水文自動測報站網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計思路。通過雨量站的加密布設(shè)，滿足了區(qū)間水文測報的要求，同時遙測水位站的增設(shè)，進(jìn)一步提高了水文預(yù)報精度，為防汛工作的開展提供了可靠的決策依據(jù)。

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2016-03-14

蒲強(qiáng)(1987-)男， 四川射洪人，助理工程師，主要從事水文水資源、水文站網(wǎng)管理、資料整匯編方面的研究。

P333.9

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1004-1184(2016)04-0166-02