鄉(xiāng)寧水文站測報方案的制定

薛俊英

（臨汾市水文水資源勘測分局 山西臨汾 041000）

0 引言

水文測驗是水文工作的重要組成部分，水文測驗成果直接應(yīng)用于水利規(guī)劃、水工程建設(shè)管理、防汛抗旱、水資源管理與保護工作中，是國民經(jīng)濟社會發(fā)展所必需的重要指標(biāo)體系。水文站作為水文測驗工作的具體實施機構(gòu)，承擔(dān)著降雨、水位、流量、泥沙等水文基礎(chǔ)資料的收集以及河道報汛任務(wù)。根據(jù)設(shè)站目的和任務(wù)以及所在河流特性，制定科學(xué)合理的測報方案，獲取準(zhǔn)確的水文數(shù)據(jù)，對水利事業(yè)的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義。

鄂河，黃河的一級支流，發(fā)源于鄉(xiāng)寧縣境東北部的油峰嶺，流經(jīng)鄉(xiāng)寧縣城，于鄉(xiāng)寧縣棗嶺鎮(zhèn)萬寶山匯入黃河。鄂河作為鄉(xiāng)寧縣的母親河，在鄉(xiāng)寧縣水資源開發(fā)與利用、生態(tài)環(huán)境保護、城市建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用。鄉(xiāng)寧水文站作為鄂河流域內(nèi)唯一的一座水文站，承擔(dān)著鄂河干流的水量、水質(zhì)以及泥沙的監(jiān)測任務(wù)，是鄉(xiāng)寧水利工程建設(shè)、水環(huán)境治理、水資源開發(fā)利用重要的資料來源，因此規(guī)范鄉(xiāng)寧水文站水文測驗工作，制定科學(xué)合理的測報方案，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 測站特性

鄉(xiāng)寧水文站坐落在鄉(xiāng)寧縣昌寧鎮(zhèn)下縣村，站房位于鄂河左岸。該站控制斷面以上流域面積328 km2，河長36.1 km，至河口距離36.9 km，流域平均縱坡13.3‰。

鄉(xiāng)寧水文站控制流域內(nèi)降水受地形的影響明顯，平川少，山區(qū)多。7—9月降雨量約占全年降雨量的60%左右，且多為暴雨。洪水主要由連續(xù)或短時強降雨誘發(fā)，且多為暴雨所致，多發(fā)生在7—8月份的主汛期。

鄉(xiāng)寧水文站洪水漲落急劇，水流速度大，含沙量大，從起漲到峰頂大多在1 個小時以內(nèi)，漲水段測驗較困難，一般測驗峰頂和落水階段。

2 設(shè)站目的及任務(wù)

鄉(xiāng)寧水文站是按照區(qū)域原則規(guī)劃的基本水文站，也是呂梁山南端，黃土階地區(qū)區(qū)域代表站。主要收集代表黃河沿岸黃土山區(qū)暴雨徑流資料。觀測項目有水位、流量、泥沙、水溫、岸上氣溫、冰情、降水量、蒸發(fā)、土壤墑情等，同時擔(dān)負(fù)著雨情、河道水情、土壤墑情的報汛任務(wù)。

3 測驗斷面

測驗河段順直，兩岸均筑有漿砌石護岸，左岸比右岸高約為2 m。左岸為吉河高速引線公路，右岸為耕地?；緮嗝嫦掠?00 m 處有一彎道，對測流具有控制作用。河床為砂礫石，沖淤變化不大。洪水溢過右岸漫灘，漫灘寬約200 m，均為農(nóng)田?；舅邤嗝嫔嫌渭s500 m 處左岸有一支流，流急沙大，洪水暴漲暴落。該站設(shè)有基本水尺斷面（兼比降中斷面）；上比降斷面（兼上浮標(biāo)斷面）；下比降斷面（兼下浮標(biāo)斷面）共3 個斷面，斷面間距50 m。測驗平面圖見圖1。

4 測站設(shè)施

該站觀測項目主要有：水位、流量、泥沙、水溫、岸上氣溫、冰情、降水、墑情。其測驗設(shè)施包括測驗河段基礎(chǔ)設(shè)施、水位測驗設(shè)施、流量測驗設(shè)施、泥沙測驗等。

圖1 鄉(xiāng)寧水文站測驗平面圖

1）測驗河段基礎(chǔ)設(shè)施

（1）基線樁：上、中、下三個，總基線長100 m，位于左岸。

（2）斷面樁和斷面標(biāo)志牌：上、中、下斷面各有一組。

（3）水準(zhǔn)點：基BM 水準(zhǔn)點1 個、校BM 點3 個。

2）水位觀測設(shè)施

（1）直立式水尺：上比降斷面設(shè)水尺1 個；下比降斷面設(shè)水尺1 個；基本水尺斷面設(shè)水尺1 個。水尺編號從右岸開始依次編號。

（2）雷達(dá)水位計：水位計安裝在右岸基本斷面下游2 m 處，探頭高程9.60 m。

3）流量測驗設(shè)施設(shè)備

（1）建有測橋一座，安裝有鉛魚測流軌道系統(tǒng)一套，主要包括軌道、絞車、控制臺、鉛魚等。

（2）無線遙控雷達(dá)波數(shù)字化測流系統(tǒng)：包括測流纜道、雷達(dá)波定位測驗流速儀，多普勒雷達(dá)波流速傳感器、步進電機和高性能細(xì)分驅(qū)動器、PLC、無線信號傳輸及內(nèi)置鋰電池，無線遙控數(shù)字化處理器，計算機，無線遙控、儀器定位控制器及測流數(shù)字化處理計算軟件。

4）泥沙采樣儀器：瓶式采樣器。

5）降水觀測儀器：安裝有JZD02 型翻斗式和20 cm雨量器各一套。

5 水位級的劃分

鄉(xiāng)寧水文站所在河流為鄂河，為季節(jié)性河流，汛期河道常年有水，非汛期處于低水或河干狀態(tài)。根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）4.4 以及鄉(xiāng)寧站歷史資料和現(xiàn)實特征，對水位進行劃分，結(jié)果如表1 所示。

表1 鄉(xiāng)寧水文站水位級劃分結(jié)果

6 水位、流量測驗方案

6.1 水位測驗方案

鄉(xiāng)寧水文站配備有雷達(dá)自計水位計，在線測流系統(tǒng)和水位視頻監(jiān)控系統(tǒng)，都可實現(xiàn)信息實時在線傳輸。根據(jù)《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50138-2010），當(dāng)河道水面較寬滿足自記水位計觀測條件時，采用自記水位觀測數(shù)據(jù)。如條件不能滿足觀測要求，采用人工觀測，非汛期2 段制，汛期6 段制，洪水期加測記錄完整水位變化過程。

6.2 流量測驗方案

根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）制定以下流量測驗方法：

1）低水

非汛期及汛期的平水期，水位低于4.50 m 以下時，涉水施測，垂線布設(shè)參照表2。如基本斷面無法施測，在臨時斷面測流，臨時斷面要設(shè)斷面樁，垂線布設(shè)不得小于5 條，垂線布設(shè)要相對固定。

表2 流速儀法測流垂線布設(shè)方案

2）中高水

根據(jù)鄉(xiāng)寧水文站的洪水特性，在中高水測驗方法的選擇上，優(yōu)先是使用鉛魚纜道施測，纜道測流根據(jù)測速方法的不同，又分為水深0.6 處測速和水面直接測速；其次采用無線雷達(dá)波纜道測流；第三為中泓浮標(biāo)法測流；第四為浮標(biāo)和流速儀法聯(lián)合測流。

（1）纜道測流

①水深0.6 處測速

a.用水文纜道定起點距、鉛魚測深，水深0.6 處相對位置測速。垂線布設(shè)見表2。

b.采用自動鉛魚纜道進行施測。

②水面測速

用水文纜道定起點距、根據(jù)大斷面查水深，水面位置測速。垂線布設(shè)見表2。平均水深小于3 m 水面流速系數(shù)選用0.80，平均水深大于3 m 水面流速系數(shù)選用0.92。

（2）無線雷達(dá)波施測

無線雷達(dá)波斷面參數(shù)要提前設(shè)置好，停泊點位為43 m，測流方向為起點距由小到大，測流垂線布設(shè)與中水時纜道測流垂線布設(shè)一致。計算整理時要繪制流速、面積分布圖，雷達(dá)波系數(shù)采用0.80。

（3）中泓浮標(biāo)法

洪水漲落急劇，一次測流起訖時間內(nèi)，水位漲落超過平均水深的20%，用中泓浮標(biāo)法，在中泓部位（起點距55～84 m）投放3～5 個浮標(biāo)，浮標(biāo)位置臨近，運行正常，最長和最短運行歷時只差不超過最短歷時10%的浮標(biāo)應(yīng)有2～3 個，中泓浮標(biāo)系數(shù)選擇0.67。

（4）浮標(biāo)和流速儀法聯(lián)合施測

洪水漫灘后，如主流部分流速較大、漂浮物較多用浮標(biāo)法測流，漫灘部分流速較小用流速儀測流。浮標(biāo)系數(shù)選擇0.82。

3）特大洪水

如有條件使用中高水測驗方案，則優(yōu)先使用，如無法使用，采取比降面積法施測。

比降面積法的使用，首先觀測上下比降水尺，計算比降，糙率選用0.030，計算洪峰流量，公式如下：

式中：Q為基本斷面流量，m3/s；V為基本斷面流速，m/s；A為基本斷面面積，m2；S為河道斷面比降；Zu為上比降斷面水位，m；Zl為下比降斷面水位，m；L 為上、下比降斷面距離，m；n 為河道糙率；r 為水力半徑，m。

7 泥沙測驗方案

針對鄉(xiāng)寧水文站河道洪水暴漲暴落的特性以及《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》（GB/T 50159-2015）制定適用于本站的泥沙測驗方案。

單沙測次的布設(shè)：洪水期每次在洪水上漲段取3～5 次，落水段取5～7 次，峰頂附近取2～3 次。洪峰重迭，水沙峰不一致或含沙量變化劇烈時，應(yīng)增加測次。

取樣方法：采用瓶式采樣器取樣，單沙取樣位置水邊一點。相對水深位置0.6。

8 水情報汛

鄉(xiāng)寧水文站水情報汛方案根據(jù)山西省水文水資源勘測局水情信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)情況實行水位數(shù)據(jù)通過自記水位計終端直接向省水文局水情中心遙測平臺上報。

流量數(shù)據(jù)非汛期采用易信通APP 手機報汛軟件僅上報旬月報及當(dāng)日水雨情。汛期水雨情日報均采用易信通數(shù)據(jù)自動報汛。當(dāng)易信通APP 手機報汛軟件，通訊不暢改用手機軟件人工報汛并及時與水情科電話校核。旬月報采用易信通APP 手機報汛軟件人工報汛。多種報汛方式相結(jié)合，保障水雨情信息及時上報。

9 結(jié)論

本文從鄉(xiāng)寧水文站所在河流特性、測驗設(shè)施以及測驗斷面的實際情況出發(fā)，根據(jù)鄉(xiāng)寧水文站歷年實測系列資料劃分出了水文測驗的水位等級，并針對不同的水位等級提出了鄉(xiāng)寧水文站的水位、流量測驗方案；針對鄉(xiāng)寧水文站的水沙特性，提出了泥沙測驗方案；根據(jù)山西省水文水資源勘測局的水情信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)情況提出了鄉(xiāng)寧水文站的報汛方案。