省界河流水量監測方案調研與分析

周 峰 吳向東

（安徽淮河水資源科技有限公司 蚌埠 233001）

1 引言

淮河流域涉及行政區多。隨著經濟發展，地區之間、行業之間的水事矛盾增多，區域發展與水資源、水生態環境之間的矛盾日顯突出，水資源協調、監督與管理難度大，尤其是跨省、跨區域的重要水資源區域，水事矛盾尤為突出。

為更好切實履行《水法》等法律法規的規定和國務院水行政主管部門授予流域機構的水資源管理職責，建立水資源管理責任和考核制度，滿足水資源管理對水資源監測的實際需要，落實2011年中央1號文件中最嚴格水資源管理制度“三條紅線”控制目標，提高淮河流域水資源管理能力和監測水平，開展淮河流域省界河流水資源監測方案的研究是十分必要的。為了解淮河流域跨省界水資源水量監測的基本情況，特開展此次調研與分析工作。

2 調研方案

2.1 調研目的

省界水資源監測站網建設是強化流域水資源管理監督考核的關鍵技術支撐，是落實最嚴格水資源管理制度的重要基礎。本次調研與分析工作的開展是為下一步淮河流域省界水量監測站網設計與建設打下基礎，調研的主要目的有：

（1）通過調研，掌握斷面所在位置、河流、經緯度、監測項目、建設及運行等情況。

（2）重點調查流域面積大于1000 km2的省界河流水文站控制情況，主要是水文站、水位站、遙測水位站的數量與分布等情況，水位（流量）監測方式，是否滿足水資源管理水量監測的要求。

（3）通過調研，全面分析省界河流水資源監測現狀，針對各個斷面的實際情況，提出滿足流域水資源管理要求的水資源監測方案。

2.2 調研組織

本次調研由淮委水資源處組織，參與單位有淮委水文局及安徽淮河水資源科技有限公司。

2.3 調研范圍

調研范圍為阜陽、六安、宿州三個市水文局管轄的主要省界河流主干及其主要支流的省界流量監測段面：

（1）阜陽市水文局管轄范圍內的洪河方集斷面，潁河界首水文站，惠濟河安溜水文站，渦河黃莊水文站以及淮河干流上的王家壩水文站，官沙湖分洪道王家壩（釤崗）斷面等。

（2）六安市水文局管轄范圍內的史河干流上省界附近的紅石咀樞紐和葉集陳淋孜大橋斷面。

（3）宿州市水文局管轄范圍內的澮河黃口閘；沱河永成閘；王引河固口閘；廢黃河三大家閘；新汴河的團結閘、宿縣閘，奎河及其支流灌溝河、瑯溪河、閻河。

2.4 調研內容

（1）水資源監測斷面基本情況：所在河流名稱、所在水系、水功能區及地理位置、斷面上下游省份、斷面距上下游省份距離、大斷面圖、省界水資源監測斷面示意圖等。

（2）斷面水文特征：歷年最高（最低）水位、多年平均水位、調研日期水位、歷年最大（最小）流量、多年平均流量、調研日期流量等。

（3）斷面目前的管理方式、現有職工人數及管理單位情況。

（4）斷面目前的監測能力及監測設備的配置情況：測驗項目和測驗方式，著重了解流量測驗方式，中小水條件下流量測驗方式，測驗頻率，測一次所需要時間，所需人員數量等。

（5）監測數據的處理及報送情況：是否已實現自動測報，采用哪種方式進行報送，時效性和穩定性如何等。

3 省界水量監測方案分析

3.1 站網布設原則

通過對劃定的斷面作實地考察，向斷面所屬水文站、水文局收集斷面水文特征、斷面目前的管理方式、斷面管理單位情況、斷面目前的監測能力及監測設備的配置情況等資料。通過對調研資料的分析，綜合評判各個斷面建設自動流量站的條件，提出滿足流域水資源管理要求的水資源監測方案。自動流量站的設置主要有以下原則：

（1）原則上應設于省界上，但考慮到上下游現有斷面，避免重復建設等情況，可選擇省界上下游較近的斷面進行改造。另外，該斷面與省界之間需無較大支流匯入。

（2）現有斷面須有水文站、閘管所等作為依托，便于管理維護。

（3）現有斷面須具備一定監測設備的配置。

（4）斷面所處河道在枯水期須有一定流量，以保證測流設備的正常運行。

3.2 站網布設結果

根據查勘所見實際情況以及各個斷面條件、水文特征情況和現有的監測條件、管理條件等，綜合評判各個斷面自動監測站的建設條件如下：

（1）地理城斷面、王家壩、方集斷面、界首斷面、安溜斷面、大寺閘樞紐、紅石咀樞紐、黃口閘、永城閘、固口閘、團結閘、欄桿集水文站這些斷面適合建造在線流量自動監測站。

①惠濟河上的安溜斷面、洪河上的方集斷面和洪河分洪道上的地理城斷面情況較為相似，斷面附近河段穩定，水文站測流設備齊全，適合建造在線流量自動監測站。

②黃口閘、永城閘、固口閘、團結閘這四個斷面基本情況較為接近，閘附近均設有水文站，河段情況穩定，水文站測流設施齊全，便于管理。適合建造在線流量自動監測站。

③渦河、惠濟河、小洪河三條跨省河流在亳州市區匯流至渦河主干，大寺閘樞紐位于亳州市下游渦河河干上。在這里建設在線流量自動監測站可掌握這三條跨省河流的流量匯總情況。建成自動監測站后也可以以附近的大寺閘水文站為依托，便于管理和維護。

④奎河位于蘇皖邊界，支流眾多但相對較小，調研了奎河干流上的伊橋省界斷面，奎河支流瑯溪河、閻河上的斷面，以及支流匯流后下游的欄桿集水文站。其中伊橋斷面、郎溪河斷面、閻河閘斷面相對比較偏遠，交通不便，斷面上沒有相關的測流設施，平時水量監測不能覆蓋這些斷面。匯流后下游的欄桿集水文站測流設施齊全，有水文站為依托，便于管理，適合建站。

⑥紅石咀樞紐位于史河安徽省境內的干流上，史河經紅石咀分為三部分：史河干流、南干渠、史河總干渠。南干渠與史河干流均流向河南省，史河總干渠流向安徽省，南干渠與史河總干渠的水主要用于河南、安徽兩省的農田灌溉。在紅石咀建設水量自動監測站有利于實時掌握流量信息，算清豫皖兩省的水賬，對豫皖兩省的防洪、灌溉的宏觀調控有巨大作用。

⑦界首水文站已安裝了一套試驗性流量在線監測系統。該系統是淮委水文局根據水文行業規范《二線能坡法測流規程》，結合淮河流域河道流量的特性，研發的一套應用于天然河流的流量實時在線監測系統。該系統具有建設快、維護簡單等優點。

該系統于2012年3月安裝在沙潁河豫皖省界界首水文站，已獲得良好的效果，能夠為流域水資源監測提供一種實用可行的選擇方案。

（2）官沙湖分洪道上的王家壩（釤崗）斷面，渦河黃莊斷面、茨河張冊閘斷面、史河葉集斷面、澮河岳集斷面、廢黃河三大家閘和奎河支流的伊橋斷面、郎溪河斷面、閻河閘斷面不適合建造在線流量自動監測站。

①王家壩（釤崗）斷面位于官沙湖分洪道上，現行測流方式為橋測，僅有一個水位自記井，測流設施不齊全，離王家壩水文站相距較遠，不便管理，在枯水期河道基本無流量，不適合建造自動測流站。

②渦河黃莊斷面由黃莊水文站管理，現行測流方式為纜道測流。斷面過往采沙船較多，采沙已嚴重影響兩側河岸的穩定性，造成河岸的坍塌。由于大部分為非法采沙船，流動性強，對自動測流設備的穩定運行產生較大影響，故不建議在黃莊斷面建設在線流量監測設備。

③茨河張冊閘斷面、史河葉集斷面為新建斷面，現行測流方式為巡測，暫無任何相關測流設施，缺少水文站的依托不便管理，不適合建設在線流量自動監測站。奎河支流的伊橋斷面、郎溪河斷面、閻河閘斷面情況與前者相似，斷面測流方式均為巡測，沒有水文站的依托，缺少基本固定測流設施，枯水期斷面流量較小，建議現狀條件下仍采取人工測流方式測流。

④廢黃河的三大家閘斷面、澮河岳集斷面同樣缺乏水文站及固定的水文站作為支持，不便管理，枯水期斷面上水深淺，流量小，不適合開展流量自動監測，目前采用巡測的方式測流，建議仍采取人工測流方式測流。

3.3 監測方案

調研結果表明，目前絕大多數水文站流量監測方式為：流速儀法（吊船、纜道、機動船定位等多種方法）和ADCP法（移動式和固定式）。另外，一種新型流量自動監測系統正在界首站進行試驗，系統可通過實時水位和二線能坡法流量計算模型實現流量實時在線監測。經初步比測實驗分析，成果比較理想。

（1）流速儀法

工作原理：將斷面虛擬成N條垂線（主要是根據河底高程起伏拐點來設定），在每條垂線上測出不同高度的測點流速（精測法是5點、簡測法是1點），每個點要測足100秒（以消除水流脈動影響），所有測點結束后，用各垂線平均流速乘以相應面積得到部分流量，最后求出斷面各部分流量之和即總流量。

特點：除纜道安全外（人不涉水），其他兩種方法都存在一定風險，幾乎每年都有水文測工為此獻出寶貴生命。流速儀法是最傳統最費力最費時最危險歷史最悠久的測流方式，但也是目前最為權威的測法。

（2）ADCP 法

工作原理：ADCP（AdvancedDataCommunicationProtocol）是美國基于超聲波原理用于海洋測流的一種新型測流測斷面積的儀器的縮寫。通過在測流斷面上布設多條垂線，在每條垂線處測量水深并測量多點的流速從而得到垂線平均流速，但與傳統流速儀法相比較，ADCP所測的垂線可以很多，每條垂線上的測點也很多。

特點：走航式ADCP使用無線ADCP時人都不涉水，比較安全；風浪流速不大時用小船使用有線ADCP也很安全；固定式ADCP中，人員均不涉水，十分安全。是當前最快捷最受歡迎的測法，缺點是比較昂貴；固定式ADCP在中小型河道，特別是規則河道使用效果很好，但要根據不同水位上下移動儀器，以保持儀器在最佳率定位置，率定期可能會很長，優點是經過率定后的HADCP可以實現在線監測。

（3）二線能坡法

工作原理：以曼寧公式為基礎，借助水力學實驗方法，建立與曼寧公式具有相同結構形式的垂線流速公式；改天然河道中綜合糙率為分解糙率；并以二條實測垂線流速為已知條件反求能坡（水流能量坡度）參數，代替曼寧公式中比降與糙率的比值關系，從而使成果精度顯著提高，并借助等效流量原理，解決多種非恒定、非均勻流條件下流量計量問題。

特點：能坡法測流投資小、建設快，更重要的是使得流量測驗方式成為在線測流。這在水文測驗史上是個重大突破，在節省投資的同時也達到了高度自動化，減少了人工需求。由于該系統問世較晚，對安裝在河槽底部的支撐系統要求高，有進一步改進和優化的要求。

4 結語與建議

4.1 結論

本次調研實地查勘了阜陽、六安、宿州三個市水文局管轄范圍內的主要省界河流主干及其主要支流的省界斷面，了解了各個斷面的水文特征、斷面管理方式、斷面監測方式及監測設備、數據報送方式等基本情況。通過對淮河流域跨省界水資源水量監測現狀的分析，初步選定相應監測方案，為建設流域水資源監控能力的省界水量監測體系、提高水資源管理水平提供支撐。

4.2 建議

（1）通過調研發現部分地區水文設施陳舊，如紅石咀史河總干渠控制斷面的測流纜道仍為手動，建議對其進行改造為自動纜道，以節省人力資源，提升工作效率。

（2）大部分水位設施位于野外，在不同程度上會受到人為活動的影響，尤其是渦河的黃莊水文站所處的河段來往采砂船較多，采砂活動已影響到河堤的穩定，甚至可能導致測流設施存的損壞，影響其精準性。建議相關部門加強相關設施的保護工作，加強巡查，保護相關設施，保證其精準性。

（3）二線能坡法測流打破了傳統，使得流量測驗方式成為在線測流。同時具備投資小、建設快，在節省投資的同時也達到了高度自動化，減少了人工需求等優點。建議進一步改進和優化并予以推廣