邢家社水文站設計方案研究

曹 杰

(山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001)

邢家社水文站設計方案研究

曹 杰

(山西省水文水資源勘測局，山西 太原 030001)

為進一步完善水文站網(wǎng)布設與功能、監(jiān)測能力等方面的不足，對山西省水文監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析。以大川河邢家社水文站為例，對其進行了水文站水文監(jiān)測方案設計，工程建成后，將對減少大川河流域的洪澇災害提供信息支撐。

水文監(jiān)測；問題；監(jiān)測設施

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，水文在防汛抗旱、水資源管理、水生態(tài)環(huán)境建設和經(jīng)濟社會發(fā)展中的作用越來越關(guān)鍵。水文監(jiān)測系統(tǒng)在防洪抗旱減災、水資源開發(fā)利用、水生態(tài)與環(huán)境保護、水工程規(guī)劃與運行管理等方面具有不可替代的重要作用[1-3]。特別在山西省歷年的防洪減災中，水文監(jiān)測發(fā)揮了耳目和尖兵的作用，準確、及時的雨水情信息和預測預報，為政府部門的科學決策和實時調(diào)度提供了依據(jù)。

隨著經(jīng)濟和社會的高速發(fā)展，水文信息測驗和傳輸方式的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的水文監(jiān)測方式已不能適應水文發(fā)展的要求，依然存在著水文站網(wǎng)布設與功能不足、監(jiān)測能力不強，水文服務能力低下、生產(chǎn)生活條件艱苦等問題，與經(jīng)濟社會發(fā)展對水文的要求不相適應[4-5]。因此只有加強水文基礎設施建設，才能適應當前水文監(jiān)測快速發(fā)展的需要。本文對山西省水文監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題進行了分析，以《山西省大江大河水文監(jiān)測系統(tǒng)(2015—2017年)建設工程實施方案》中的大川河邢家社水文站為例，對大川河邢家社水文站的測站位置、測驗斷面選擇、基礎設施、觀測設施、流量測驗、降水觀測場、水文監(jiān)控等進行了方案設計。利用先進的信息采集、傳輸、處理手段，及時做出洪水優(yōu)化調(diào)度方案，對保障人民群眾生命財產(chǎn)安全，減少洪澇災害損失具有十分重要的作用。

1 水文監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

到2016年底，山西省共設水文站71處，其中國家重要水文站16處，省級重要水文站20處，一般水文站32處，水保泥沙專用站3處?；拘纬闪巳≈饕恿鞯乃谋O(jiān)測系統(tǒng)，在歷年防汛抗旱、水利工程建設、水資源管理、水環(huán)境保護，特別是防治洪水災害中，發(fā)揮了極其重要的作用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。目前，全省水文站網(wǎng)總體密度仍較低，現(xiàn)有水文站網(wǎng)在水資源管理、水工程運行管理、市界水資源等監(jiān)測站仍存在不足；部分水文信息采集仍靠人工，水文監(jiān)測自動化水平仍需提高，時效性有待進一步提高；服務領域比較狹窄，在服務國民經(jīng)濟建設、城市發(fā)展，以及農(nóng)村水利、飲水安全、水土保持、水利工程運行管理等方面還不夠深入。

大川河為山區(qū)河流，下游流經(jīng)古交市區(qū)，匯入汾河，流域內(nèi)梅洞溝雨量站降水量屬于高值區(qū)，大川河上經(jīng)常有洪水發(fā)生，但是水文監(jiān)測未監(jiān)控該河流，屬于水文監(jiān)測空白區(qū)域，很難為各級政府提供及時準確的監(jiān)測預警預報信息，無法滿足防洪對水文信息的需求。因此，大川河邢家社水文站的建設是十分必要的。邢家社水文站是《山西省大江大河水文監(jiān)測系統(tǒng)(2015—2017年)建設工程實施方案》中新建4處水文站、水文設施工程中的一處，目前正在建設中。該實施方案還對30處現(xiàn)有水文站52套自記水位計更新和完善做了相關(guān)設計。

2 邢家社水文站建設內(nèi)容及設計方案

大川河邢家社水文站屬黃河流域汾河水系，位于山西省古交市邢家社鄉(xiāng)邢家社村，控制流域面積209 km2，屬于小河站。邢家社水文站占地約1300 m2，受地形限制，建筑面積為200 m2，為二層磚混結(jié)構(gòu)，屋面采用人字頂。新建測驗河段基礎設施包括斷面樁3個，基線標2個，水準點3個，測站標志1處，斷面索；新建(上中下斷面)直立水尺10支，水尺樁10支，新建雷達波自記水位計平臺，配置橋測車及無線遙控雷達波數(shù)字測流系統(tǒng)一套等。

2.1 測站、斷面選擇及水位觀測設施方案

大川河邢家社水文站測驗河段斷面上下河道都比較順直、穩(wěn)定，水流集中，無分流、串溝、回水、死水等情況，兩側(cè)有堤壩，便于布設測驗設施，符合水文規(guī)范測驗條件。結(jié)合測驗斷面具體情況，按照測驗規(guī)范要求分別在上中下斷面新建水位觀測設施包括直立水尺，新建雷達式水位計基礎及支架。

(1)直立水尺。直立式水尺由水尺板、水尺樁和水尺樁基礎等三部分組成，水尺樁采用12.6號槽鋼，長3000 mm，槽鋼深入基礎1000 mm；采用800 mm×800 mm×2000 mm的混凝土樁基礎；水尺樁設置應與水面垂直，并高于測站歷年最高、低于測站歷年最低水位0.5 m；同一組水尺應設置在同一斷面線上，相鄰兩支水尺的觀測范圍應有0.2 m的重合；水尺板選用鍍鋅鐵皮，水尺刻度由藍、白兩色夜光膜貼面組成。

(2)雷達式水位計平臺。雷達式水位計臺由儀器平臺、懸臂、鋼管支架及基礎組成。水位計探頭懸臂采用不銹鋼材料，長度根據(jù)水流邊界條件確定；鋼管支架采用無縫鋼管，高度根據(jù)水位變幅與安全防護需要確定，采用法蘭盤與儀器平臺、基礎連接；基礎為強度等級C30的鋼筋混凝土灌注樁。儀器平臺規(guī)格為鋼板厚10 mm，尺寸1000 mm×700 mm;平臺欄桿規(guī)格為高度900 mm，鋼筋直徑Φ10 mm；采用直徑Φ32 mm，厚度3 mm，長度6.0 m懸臂；采用直徑Φ325 mm、厚度8 mm、長度5.0 m鋼管支架;地面以下強度等級C25、長20.5 m的鋼筋混凝土灌注樁基礎，地面以上強度等級C25、長2.5 m的混凝土柱。

2.2 基礎設施方案

結(jié)合各自斷面情況分別布設測驗河段基礎設施，包括斷面樁、基線樁、斷面標志、水準點、斷面界樁、測站標志、斷面起點距牌、觀測道路、測驗斷面整治等。

(1)斷面樁?；舅邤嗝嫖挥跉v年最高洪水位以上0.5～1.0 m。采用白色彩鋼板加工成直徑250 mm圓形鋼管，貼上三圈反光膜，鋼管內(nèi)捆綁鋼筋，鋼管下穿鋼筋，再灌入混凝土，做一圓蓋，圓蓋中心加工一圓錐型標志，將圓蓋與鋼管內(nèi)混凝土凝固在一起，圓蓋上貼上兩片半圓紅白反光膜。

(2)基線樁?；€垂直于基本水尺斷面，需新設置2個。采用300 mm×300 mm×2200 mm的C20預制混凝土樁，樁中心標志位置為Φ14，長400 mm鋼筋1根，其鋼筋應高出混凝土樁頂面20 mm，鋼筋頂面刻畫出“十”字狀。

(3)斷面標志。在基本水尺斷面、上下比降斷面，每個斷面設斷面標志牌1個、斷面標志桿2根。根據(jù)斷面寬度、地形、視距、能見度等因素，確定斷面標志牌、斷面標志桿的尺寸及高度。

(4)水準點。設置基本水準點1個、校核水準點2個，均布置在歷年最高洪水位以上，地形穩(wěn)定、便于引測保護的地方。

(5)保護標志牌、保護界樁。保護標志牌設計為3塊矩形牌，用寬50 mm扁鋼做成500 mm×300 mm框架。方鋼框架兩面錨固500 mm×300 mm 鍍鋅鐵皮，鐵皮面板設計粘貼反光膜，藍底白字。書寫內(nèi)容主要是依照國家法律所保護設施的項目的名稱和設施建設時間、特征等。牌的側(cè)面用成品緊固件固定在保護設施上。在保護測驗河段的上下斷面處和主索鐵塔處，樹立水文測驗河段保護區(qū)界樁6塊，牌高4 m，板牌的正面粘貼藍底白字和白線框的建筑反光膜，其字體為黑體，字樣為“水文測驗河段保護區(qū)(上界)”和“水文測驗河段保護區(qū)(下界)。立桿底部設置高出地面300 mm，長寬均為619 mm混凝土(C25)墩，水泥砂漿粉刷抹光后，醒目書寫“水文保護標志，受法律保護”等紅色字樣。

(6)測站標志?；緮嗝嬖O測站標志碑1座，位于歷年最高洪水位以上0.5～1.0 m，采用寬2000 mm×高1500 mm×厚100 mm的大理石板鑲嵌入C25鋼筋混凝土基座上，基座高750 mm，基座表面鑲貼外墻磚。大理石正面上刻水文站簡介及立碑單位等，石碑的背面鑲刻水文站位置示意圖等，石碑鑲刻字體均為金黃色正楷字，流域圖為白色，外加金黃色的矩形(圓形導角)線框，測站位置用紅色三角形示意。

2.3 流量測驗方案

通過實地查勘，流量測驗斷面右岸緊靠公路，公路一側(cè)山坡較為陡峭，且為風化嚴重的二疊紀泥頁巖夾灰?guī)r層，架設纜道工程非常困難。測驗斷面左岸有樹木，還有高壓線，架設纜道困難亦很多，因此，利用纜道測流不是優(yōu)選方案。通過比選，測流方案確定如下：低(枯)水涉水施測；中高水利用邢家社公路橋采用橋測車—流速儀法測流；高水以上采用無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)測流。EXC75-1A水文橋測車配備測驗儀器操作簡單、靈活方便、自動化程度高、拆卸方便。YKCL-Ⅰ型無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)設備采用美國 ACI 公司多普勒雷達波測速傳感器、步進電機配置美國高性能專用微步距電腦控制芯片的高性能細分驅(qū)動器，采用計算機-PLC 兩級控制模式。在直徑 4.2 mm 的簡易鋼絲繩纜道上，利用無線遙控、配套定位和測流軟件，在電腦上遠程操作，以非接觸方式測驗、計算水面流速、斷面流量。

2.4 其他設施方案

邢家社水文站為駐測站，新建辦公生活用房建筑面積200 m2，為一層磚混結(jié)構(gòu)，屋面采用人字頂。新建圍墻、院面硬化、新建大門、架設220 V輸電線路和供水管道等。新建觀測房1間，面積29.6 m2。根據(jù)各測站自然地理環(huán)境和觀測任務，按規(guī)范要求選擇觀測場地，確定觀測場的規(guī)格為6 m×6 m、柵欄高1.2 m，材料選不銹鋼護欄。柵欄基礎砌筑寬240 mm×高500 mm的圍墻，用陶質(zhì)釉面外墻磚貼面，觀測場內(nèi)修建500 mm寬的混凝土觀測道路，觀測場內(nèi)種植草皮。在河道斷面和站院內(nèi)各安裝1個視頻攝像頭，采用ADSL信道傳輸視頻信號，用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控視頻圖像。

3 結(jié) 論

通過邢家社水文站的建設實施，填補了大川河水文監(jiān)測空白，擴大了水文信息的采集范圍，采用橋測車—流速儀法測流和無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)等方法和技術(shù)，提高了水文信息采集、傳輸、處理的效率，提升了水文服務能力，為各級政府提供及時準確的監(jiān)測預警預報信息，滿足防洪對水文信息的需求，可以最大限度地減少洪水災害造成的損失，極大地保障人民生命財產(chǎn)的安全。

[1] 滕麗娟．張家口市中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)工程檔案管理存在的問題及對策[J]．水資源開發(fā)與管理，2016(3)：82-84．

[2] 謝世堯．水文監(jiān)測信息系統(tǒng)需求分析[J]．黑龍江水利，2016，2(3)：4-8．

[3] 趙昕，梅軍亞，李厚永，等．水文監(jiān)測創(chuàng)新在2016年長江洪水測報中的作用[J]．人民長江，2017，48(4)：8-12．

[4] 周敏，戈禹．江蘇省中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)工程項目建設的思考[J]．江蘇水利，2016(3)：17-19．

[5] 柯東．九江市水文監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀、存在的問題與對策[J]．江西水利科技，2008，34(3)：181-184．

Study on design scheme of Xingjiashe hydrologic station

CAO Jie

(ShanxiHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Taiyuan030001,China)

In order to further improve the hydrologic network design, function and monitoring ability, the current situation and problems of Shanxi provincial hydrologic monitoring system were analyzed. Taking the Xingjiashe hydrologic station in the Dachuan River for example, the hydrologic monitoring scheme was designed. After completion of the project, it will provide the information support for reducing flood disaster in the Dachuan River basin.

hydrologic monitoring; problem; monitoring facilities; scheme design

曹 杰(1981-)，男，山西太原人，工程師，從事水文資料整編與水資源計算分析等工作。E-mail:1793586330@qq.com。

P336

A

2096-0506(2017)05-0044-03