省界河流水量監(jiān)測方案調(diào)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(qū)多。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地區(qū)之間、行業(yè)之間的水事矛盾增多，區(qū)域發(fā)展與水資源、水生態(tài)環(huán)境之間的矛盾日顯突出，水資源協(xié)調(diào)、監(jiān)督與管理難度大，尤其是跨省、跨區(qū)域的重要水資源區(qū)域，水事矛盾尤為突出。

為更好切實(shí)履行《水法》等法律法規(guī)的規(guī)定和國務(wù)院水行政主管部門授予流域機(jī)構(gòu)的水資源管理職責(zé)，建立水資源管理責(zé)任和考核制度，滿足水資源管理對(duì)水資源監(jiān)測的實(shí)際需要，落實(shí)2011年中央1號(hào)文件中最嚴(yán)格水資源管理制度“三條紅線”控制目標(biāo)，提高淮河流域水資源管理能力和監(jiān)測水平，開展淮河流域省界河流水資源監(jiān)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(jiān)測的基本情況，特開展此次調(diào)研與分析工作。

2 調(diào)研方案

2.1 調(diào)研目的

省界水資源監(jiān)測站網(wǎng)建設(shè)是強(qiáng)化流域水資源管理監(jiān)督考核的關(guān)鍵技術(shù)支撐，是落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度的重要基礎(chǔ)。本次調(diào)研與分析工作的開展是為下一步淮河流域省界水量監(jiān)測站網(wǎng)設(shè)計(jì)與建設(shè)打下基礎(chǔ)，調(diào)研的主要目的有：

（1）通過調(diào)研，掌握斷面所在位置、河流、經(jīng)緯度、監(jiān)測項(xiàng)目、建設(shè)及運(yùn)行等情況。

（2）重點(diǎn)調(diào)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(shù)量與分布等情況，水位（流量）監(jiān)測方式，是否滿足水資源管理水量監(jiān)測的要求。

（3）通過調(diào)研，全面分析省界河流水資源監(jiān)測現(xiàn)狀，針對(duì)各個(gè)斷面的實(shí)際情況，提出滿足流域水資源管理要求的水資源監(jiān)測方案。

2.2 調(diào)研組織

本次調(diào)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(diào)研范圍

調(diào)研范圍為阜陽、六安、宿州三個(gè)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(jiān)測段面：

（1）阜陽市水文局管轄范圍內(nèi)的洪河方集斷面，潁河界首水文站，惠濟(jì)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(nèi)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(nèi)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(tuán)結(jié)閘、宿縣閘，奎河及其支流灌溝河、瑯溪河、閻河。

2.4 調(diào)研內(nèi)容

（1）水資源監(jiān)測斷面基本情況：所在河流名稱、所在水系、水功能區(qū)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(jiān)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(diào)研日期水位、歷年最大（最小）流量、多年平均流量、調(diào)研日期流量等。

（3）斷面目前的管理方式、現(xiàn)有職工人數(shù)及管理單位情況。

（4）斷面目前的監(jiān)測能力及監(jiān)測設(shè)備的配置情況：測驗(yàn)項(xiàng)目和測驗(yàn)方式，著重了解流量測驗(yàn)方式，中小水條件下流量測驗(yàn)方式，測驗(yàn)頻率，測一次所需要時(shí)間，所需人員數(shù)量等。

（5）監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理及報(bào)送情況：是否已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測報(bào)，采用哪種方式進(jìn)行報(bào)送，時(shí)效性和穩(wěn)定性如何等。

3 省界水量監(jiān)測方案分析

3.1 站網(wǎng)布設(shè)原則

通過對(duì)劃定的斷面作實(shí)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(jiān)測能力及監(jiān)測設(shè)備的配置情況等資料。通過對(duì)調(diào)研資料的分析，綜合評(píng)判各個(gè)斷面建設(shè)自動(dòng)流量站的條件，提出滿足流域水資源管理要求的水資源監(jiān)測方案。自動(dòng)流量站的設(shè)置主要有以下原則：

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

（2）現(xiàn)有斷面須有水文站、閘管所等作為依托，便于管理維護(hù)。

（3）現(xiàn)有斷面須具備一定監(jiān)測設(shè)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(shè)備的正常運(yùn)行。

3.2 站網(wǎng)布設(shè)結(jié)果

根據(jù)查勘所見實(shí)際情況以及各個(gè)斷面條件、水文特征情況和現(xiàn)有的監(jiān)測條件、管理?xiàng)l件等，綜合評(píng)判各個(gè)斷面自動(dòng)監(jiān)測站的建設(shè)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(tuán)結(jié)閘、欄桿集水文站這些斷面適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測站。

①惠濟(jì)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(wěn)定，水文站測流設(shè)備齊全，適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測站。

②黃口閘、永城閘、固口閘、團(tuán)結(jié)閘這四個(gè)斷面基本情況較為接近，閘附近均設(shè)有水文站，河段情況穩(wěn)定，水文站測流設(shè)施齊全，便于管理。適合建造在線流量自動(dòng)監(jiān)測站。

③渦河、惠濟(jì)河、小洪河三條跨省河流在亳州市區(qū)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(shè)在線流量自動(dòng)監(jiān)測站可掌握這三條跨省河流的流量匯總情況。建成自動(dòng)監(jiān)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(hù)。

④奎河位于蘇皖邊界，支流眾多但相對(duì)較小，調(diào)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(duì)比較偏遠(yuǎn)，交通不便，斷面上沒有相關(guān)的測流設(shè)施，平時(shí)水量監(jiān)測不能覆蓋這些斷面。匯流后下游的欄桿集水文站測流設(shè)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(nèi)的干流上，史河經(jīng)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(nóng)田灌溉。在紅石咀建設(shè)水量自動(dòng)監(jiān)測站有利于實(shí)時(shí)掌握流量信息，算清豫皖兩省的水賬，對(duì)豫皖兩省的防洪、灌溉的宏觀調(diào)控有巨大作用。

⑦界首水文站已安裝了一套試驗(yàn)性流量在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是淮委水文局根據(jù)水文行業(yè)規(guī)范《二線能坡法測流規(guī)程》，結(jié)合淮河流域河道流量的特性，研發(fā)的一套應(yīng)用于天然河流的流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有建設(shè)快、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

該系統(tǒng)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?yàn)榱饔蛩Y源監(jiān)測提供一種實(shí)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(cè)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(dòng)監(jiān)測站。

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

②渦河黃莊斷面由黃莊水文站管理，現(xiàn)行測流方式為纜道測流。斷面過往采沙船較多，采沙已嚴(yán)重影響兩側(cè)河岸的穩(wěn)定性，造成河岸的坍塌。由于大部分為非法采沙船，流動(dòng)性強(qiáng)，對(duì)自動(dòng)測流設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，故不建議在黃莊斷面建設(shè)在線流量監(jiān)測設(shè)備。

③茨河張冊(cè)閘斷面、史河葉集斷面為新建斷面，現(xiàn)行測流方式為巡測，暫無任何相關(guān)測流設(shè)施，缺少水文站的依托不便管理，不適合建設(shè)在線流量自動(dòng)監(jiān)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(shè)施，枯水期斷面流量較小，建議現(xiàn)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(dòng)監(jiān)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(jiān)測方案

調(diào)研結(jié)果表明，目前絕大多數(shù)水文站流量監(jiān)測方式為：流速儀法（吊船、纜道、機(jī)動(dòng)船定位等多種方法）和ADCP法（移動(dòng)式和固定式）。另外，一種新型流量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)正在界首站進(jìn)行試驗(yàn)，系統(tǒng)可通過實(shí)時(shí)水位和二線能坡法流量計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。經(jīng)初步比測實(shí)驗(yàn)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(jù)河底高程起伏拐點(diǎn)來設(shè)定），在每條垂線上測出不同高度的測點(diǎn)流速（精測法是5點(diǎn)、簡測法是1點(diǎn)），每個(gè)點(diǎn)要測足100秒（以消除水流脈動(dòng)影響），所有測點(diǎn)結(jié)束后，用各垂線平均流速乘以相應(yīng)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(diǎn)：除纜道安全外（人不涉水），其他兩種方法都存在一定風(fēng)險(xiǎn)，幾乎每年都有水文測工為此獻(xiàn)出寶貴生命。流速儀法是最傳統(tǒng)最費(fèi)力最費(fèi)時(shí)最危險(xiǎn)歷史最悠久的測流方式，但也是目前最為權(quán)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(shè)多條垂線，在每條垂線處測量水深并測量多點(diǎn)的流速從而得到垂線平均流速，但與傳統(tǒng)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(diǎn)也很多。

特點(diǎn)：走航式ADCP使用無線ADCP時(shí)人都不涉水，比較安全；風(fēng)浪流速不大時(shí)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(dāng)前最快捷最受歡迎的測法，缺點(diǎn)是比較昂貴；固定式ADCP在中小型河道，特別是規(guī)則河道使用效果很好，但要根據(jù)不同水位上下移動(dòng)儀器，以保持儀器在最佳率定位置，率定期可能會(huì)很長，優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)過率定后的HADCP可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。

（3）二線能坡法

工作原理：以曼寧公式為基礎(chǔ)，借助水力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，建立與曼寧公式具有相同結(jié)構(gòu)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(shí)測垂線流速為已知條件反求能坡（水流能量坡度）參數(shù)，代替曼寧公式中比降與糙率的比值關(guān)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(jì)量問題。

特點(diǎn)：能坡法測流投資小、建設(shè)快，更重要的是使得流量測驗(yàn)方式成為在線測流。這在水文測驗(yàn)史上是個(gè)重大突破，在節(jié)省投資的同時(shí)也達(dá)到了高度自動(dòng)化，減少了人工需求。由于該系統(tǒng)問世較晚，對(duì)安裝在河槽底部的支撐系統(tǒng)要求高，有進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化的要求。

4 結(jié)語與建議

4.1 結(jié)論

本次調(diào)研實(shí)地查勘了阜陽、六安、宿州三個(gè)市水文局管轄范圍內(nèi)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(gè)斷面的水文特征、斷面管理方式、斷面監(jiān)測方式及監(jiān)測設(shè)備、數(shù)據(jù)報(bào)送方式等基本情況。通過對(duì)淮河流域跨省界水資源水量監(jiān)測現(xiàn)狀的分析，初步選定相應(yīng)監(jiān)測方案，為建設(shè)流域水資源監(jiān)控能力的省界水量監(jiān)測體系、提高水資源管理水平提供支撐。

4.2 建議

（1）通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)水文設(shè)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(dòng)，建議對(duì)其進(jìn)行改造為自動(dòng)纜道，以節(jié)省人力資源，提升工作效率。

（2）大部分水位設(shè)施位于野外，在不同程度上會(huì)受到人為活動(dòng)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(dòng)已影響到河堤的穩(wěn)定，甚至可能導(dǎo)致測流設(shè)施存的損壞，影響其精準(zhǔn)性。建議相關(guān)部門加強(qiáng)相關(guān)設(shè)施的保護(hù)工作，加強(qiáng)巡查，保護(hù)相關(guān)設(shè)施，保證其精準(zhǔn)性。

（3）二線能坡法測流打破了傳統(tǒng)，使得流量測驗(yàn)方式成為在線測流。同時(shí)具備投資小、建設(shè)快，在節(jié)省投資的同時(shí)也達(dá)到了高度自動(dòng)化，減少了人工需求等優(yōu)點(diǎn)。建議進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化并予以推廣