新疆某水文站水文巡測方案探析

祖力皮亞·熱西提

（新疆維吾爾自治區(qū)水文局，新疆 烏魯木齊 830000）

近年，隨著山洪預警、中小河流水文監(jiān)測、國家地下水監(jiān)測等項目陸續(xù)建設，新疆水文工作任務劇增，現有人力、物力及運行模式已無法滿足新形勢下水文站網管理工作需求，原有的駐測方式也不能適應新疆水文事業(yè)的發(fā)展與服務水平的提升。以某水文站為例，對新疆水文巡測方案進行探析。

1 概況

某水文站設于1947 年2 月，控制集水面積22 516 km2，系大河重要控制站和中央報訊1 級站，屬國家重要水文站[1]，主要觀測項目有水位、流量、懸移質單沙、懸移質輸沙率、冰情目測、固定點冰厚、水溫、氣溫、水質、地下水位等。

水文站現采用駐測方式，水位采用人工觀測和雷達水位計記錄相結合，流量采用電動纜道、橋測等方式。測驗河段位于某河東大橋上，該測驗河段順直，兩岸有防洪堤，河床由泥沙組成，高中水為單一河槽，水位流量關系曲線為單一曲線。低水位時水流較為分散，受多種因素影響，水位流量關系經常不為單一線。

2 水文特性分析

2.1 區(qū)域水文特性

某水文站有1955—2020 年連續(xù)66 a 的實測流量資料，2005—2020 年實測徑流資料系列顯示，徑流年內分配不均勻。汛期（6—9 月）徑流量為14.125×108m3，占年徑流的54.9%；平水期（4—5、10—11月）徑流量為6.819×108m3，占年徑流的26.5%[2]；枯水期（12 月—翌年3 月）徑流量為4.791×108m3，僅占年徑流的18.6%。8 月水量最大，徑流量為4.416×108m3，占年徑流的17.2%。多年平均流量為78.0 m3/s，多年平均含沙量為0.312 kg/m3，多年平均輸沙率為24.9 kg/s，實測最大流量為993 m3/s（1999年7 月27 日），最小流量為1.38 m3/s（1974 年5 月24日），最大流速為1.66 m/s，最大水深為4.80 m，最大含沙量為8.44 kg/m3，屬冰雪融水和雨水混合補給型河流[3]。

2.2 某水文站水位流量關系

某水文站測驗河段順直，上游彎道距離基本水尺斷面約100 m；斷面為寬淺式河道，高中水主槽寬度約310 m，高水控制條件較好；河道受人為引水影響，但對水文測驗無大的影響，斷面無串流、逆流、回水、死水等情況。低水時河中有淺灘，灘地及主槽流向一致，主流不固定。河床由礫石、細沙組成，左右岸為人工堤壩，河床沖淤變化不大。施測斷面的河槽情況及形狀為：低水為復式河槽，關系散亂，有1～2條曲線，高中水為單一河槽，水位流量關系曲線合并為單一曲線。左右岸邊有綠化草坪，植被較好。

根據近幾年資料分析，水位流量關系基本呈單一線。冬季（12 月—次年3 月）因結冰影響，水位流量關系無明顯規(guī)律性，采用連實測流量過程線法推求流量。2015—2020年，實測大斷面如圖1所示，水位面積關系曲線如圖2 所示，水位流量關系曲線如圖3 所示。點繪2014—2019 年退水曲線，如圖4 所示。可以看出，10月—次年3月水量變化緩慢，周期性規(guī)律強，退水曲線趨勢明顯。說明10 月—次年3月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流，流量精度完全可以得到保證。

圖1 某水文站2015—2020年實測大斷面

圖2 某水文站2015—2020年水位面積關系曲線

圖3 某水文站2015—2020年水位流量關系曲線

圖4 某水文站枯水期流量過程線（退水曲線）

3 巡測方案探析

3.1 某水文站測驗方式

自1955 年，某水文站流量、輸沙率測驗基本采用橋測，一般洪水單次流量測驗需要60 s左右，單次輸沙率測驗需要90 s左右。水位全年采用自記水位計觀測，人工8時、20時觀測，同時觀測水溫[4]。2019年開始使用自動化設備，并與原有的測驗設施和設備進行對比觀測。

（1）水位。5—10 月觀測，采用超聲波水位計或雷達水位計，用U盤把數據傳輸到勘測局信息庫中。視頻觀測輔助人工校核，用手機圖片或網絡將數據傳輸到勘測局信息庫中。

（2）流量。全年采用電動纜道或人工測流，通過人工傳輸到勘測局信息庫中。

（3）氣溫。全年采用人工觀測和氣象三要素觀測，人工觀測校核。

（4）泥沙。4—9 月觀測，其他時間因歷年含沙量資料為0，可以停止觀測。利用勘測局信息庫數據，主動將數據推送到水情報送計算機上，自動報送水情。

10 月—次年3 月，雇傭臨時工或每月去一趟測站測流、看護儀器、站房。

3.2 水工程情況

某水文站基本斷面上游1.2 km處有景觀橋，1.9 km處是S325公路大橋，3.4 km處是高速公路大橋。小水時，在大橋上測流，受橋墩影響，水位流量關系線不穩(wěn)定。下游附近未建設水工程，距離巡測基地56 km，交通十分便利。

3.3 測次及巡測時機

3.3.1 測站水流沙特性及單次測驗必須歷時統計

該水文站施測河段順直。細沙組成河床，河兩岸為防洪堤，河寬310 m，一般情況下使用電動纜道在基下62 m 處測流，中小水時在基下3 m 處（大橋上）施測流量，中斷面為基本水尺斷面，浮標斷面、上下比降斷面間距為200 m，各水尺設置在右岸，各個斷面布設方向與水流平均方向垂直。經過長期的觀測和施測，積累了水位、流量、氣溫、水溫、泥沙等各方面資料，這些是計算和分析該河中下游河道生態(tài)環(huán)境需水量的重要依據。流量單次測驗可以控制在1 h內完成，輸沙率單次測驗可以控制在1.5 h內完成。

3.3.2 流量、輸沙率測驗次數精簡分析

根據某水文站實測資料統計，河流水量主要集中在5—9 月，占年水量73.0%以上；1—3、10—12月屬于流域退水過程，水量變化不大，冰期水量更加平穩(wěn)。某水文站測驗任務書規(guī)定，全年流量測次為43次。

根據上述資料統計分析成果和現狀測驗條件，建議該站采用駐測和巡測相結合的測驗方式，即4—9 月正常觀測，其他時間（1—3、10—12 月）開展巡測，1—3、10—12月每月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流。

根據《水文巡測規(guī)范》4.2.4（c）規(guī)定，水位流量關系不呈單一線的測站，全年采用巡測資料推算流量，一類精度的水文站年徑流量誤差不超過2.0%，或部分時段采用巡測資料推算流量，由時段徑流量算得的年總量誤差不超過2.0%的規(guī)定者，流量可以實行巡測。

某水文站巡測前后時段徑流的測驗誤差分析詳見表1，該站1—3、10—12 月采用巡測方式后，流量精度完全可以得到保證。

表1 某水文站巡測前后時段徑流的測驗誤差分析

3.3.3 懸移質單沙和輸沙率測次分析

《水文巡測規(guī)范》4.2.5（d）規(guī)定，具備懸移質輸沙率停測或間測條件的懸移質輸沙率可實行巡測[5]。《水文巡測規(guī)范》4.2.7（a）規(guī)定，測站每年低、枯水期連續(xù)3個月以上的時段輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%，在該時段內可停測泥沙，停測期間的含沙量作零處理。

1—3、10—12 月輸沙量和多年平均輸沙量對比詳見表2。由表2 可見，1—3、10—12 月可以停測泥沙，停測期間的含沙量作零處理。

表2 某水文站1—3、10—12月輸沙量和多年平均輸沙量對比

3.4 巡測方案

根據以上分析，某水文站巡測方案記述如下。

（1）水位觀測。4—9 月，駐站監(jiān)測，采用自記水位計觀測記錄，人工8 時、20 時校核。1—3、10—12月，水位可停測。巡測期間，建議進行雷達水位計與人工觀測水位的比測。

（2）流量測驗。4—9 月，按原任務書要求正常觀測。1—3、10—12 月實行巡測，每月各測流1 次，用連實測流量過程線法推流。

（3）泥沙。4—9 月，按原任務書要求正常觀測。1—3、10—12月停測，停測期間的含沙量作零處理。

（4）氣象觀測中的氣溫、降水、蒸發(fā)繼續(xù)觀測，在原氣象場安裝自動監(jiān)測設備，實時數據傳輸到勘測局信息中心。巡測期間，進行自動氣象監(jiān)測與人工觀測的比測工作。

（5）報汛應急方案。當水位傳輸發(fā)生故障時，由看管人員電話報送水情，實行“無人值守，有人看管”。若遇洪水，某水文站測驗斷面洪水從起漲到峰頂歷時20～40 h，從巡測基地到該站測驗斷面不到1 h就可到達，交通比較方便，測驗機會不易失去。

3.5 測驗方法

根據該站現有測驗條件，建議4—9 月實行駐測，其他時間（1—3、10—12 月）實行巡測。遠期可配備遠程監(jiān)控水位系統（雷達水位計）和流量實時在線監(jiān)測系統，達到水位、流量巡測目的。

某水文站流量為一類精度，4—9 月按原任務書要求正常觀測，1—3、10—12 月可實行巡測，巡測期間每月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流，流量精度完全可以得到保證。

懸移質單沙和輸沙率測次，4—9 月按原任務書要求正常觀測，1—3、10—12 月時段平均輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%，因此可停測，停測期間含沙量作零處理。

氣溫由氣象三要素監(jiān)測系統自動采集并傳輸。

3.6 巡測資源配置方案

勘測局成立巡測隊，加強專業(yè)人員新儀器設備操作和維護技能培訓，業(yè)務管理和水情通信維護人員分片實施。在現有水尺組、超聲波水位計、雷達水位計、電動纜道、橋測設施等測驗設施、設備的基礎上，還需配置巡測越野車、對講機、移動手機、移動通信電話、視頻監(jiān)控設備、信息傳輸設備、自動氣象站、有線網絡通信設備，增加山區(qū)遙測雨量站點的建設，以便及時收集降水量，有利于更好掌握測流時機。同時，將巡測運行費用列入財政部門預算，以滿足巡測工作需求。

4 方案的合理性分析

4.1 巡測站選取的合理性

本方案巡測站是以原水文站為單位，測站控制條件未變，符合資料連續(xù)性與一致性要求。本巡測站距離勘測局較近，交通、通信方便，能按水情變化及時施測流量，巡測站選取基本合理。

4.2 巡測時間選取的合理性

本巡測方案主要考慮的是平水期與枯水期（10月—次年3 月），該時段來水量均為地下水補給，流量處于穩(wěn)定期，變化相對較小，此期間每月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流，流量精度完全可以得到保證。在現狀交通便捷條件下，能夠及時按水情變化施測流量，滿足定線與整編要求，且巡測時段均為平水期與枯水期，無洪水過程發(fā)生，巡測時間可適當提前或推移。

上述內容均符合《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）要求。

4.3 巡測方案的可操作性

巡測方案的編制綜合考慮了水文站平水期與枯水期流量相對穩(wěn)定，并已滿足現行《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第4.2.4 條第c、e 條內容的規(guī)定，即c）水位流量不呈單一線的測站，全年采用巡測資料推算流量，或部分時段采用巡測資料推算流量，由時段徑流量誤差算得的年徑流量的誤差一類精度的水文站為2%；e）水位流量關系不呈單一線的測站，當距離巡測基地較近，具備交通、通信條件，能夠及時按水情變化施測流量。

上述內容滿足巡測規(guī)范、定線與整編要求，巡測方案具備可操作性。

5 結語

水文巡測是水文專業(yè)人員以巡回流動的方式定期或不定期對一個地區(qū)或流域內水文測站或斷面的水文要素進行的觀測作業(yè)。通過對某水文站巡測方案的探討分析可知，采取合理有效的巡測模式，不僅可以有效、系統地管理好水文站點，應對突發(fā)水事件，還節(jié)約了人力和物力，改善了測站職工生活，為實現科學防災減災、水資源優(yōu)化配置與高效利用提供科學依據，可供相關站點參考。