自動測流纜道在石佛水文站流量測驗中的應(yīng)用

哈世東，吉辛望，陳衛(wèi)東

（1.引灤工程管理局石佛水文站，河北興隆 067300；2.引灤工程管理局水文水質(zhì)監(jiān)測中心，河北遷西 064309）

1 基本情況

石佛水文站始建于1983年7月，地處河北省興隆縣大仗子鄉(xiāng)石佛村，位于灤河一級支流柳河上，處于東經(jīng)118°07＇03″ 、北緯40°38＇10″ ，集水面積1 050 km2。因柳河上游植被良好，洪水漲落緩慢，故測驗斷面沖淤變化不大，水位流量關(guān)系較穩(wěn)定。該站包括水情值班室、辦公室和生活用房，院內(nèi)有氣象觀測場、微波通訊鐵塔和天線。該站凍結(jié)基面為假定基面，院內(nèi)鐵塔東南角底腳螺栓頂設(shè)為本站基本水準(zhǔn)點，高程30.00 m（假定基面，下同）。按測站管理分類，石佛水文站屬國家基本站，是灤河一級支流柳河上的入庫控制站，屬河道站。其主要職能包括：長期搜集水文資料，負責(zé)水文信息采集和傳輸；向國家防辦、海河防指、河北省防指及海委引灤工程管理局防汛調(diào)度部門報汛，為潘家口水庫調(diào)度運用提供水文信息。采用常年駐測方式監(jiān)測，主要觀測項目包括水位、流量、降水、蒸發(fā)、水溫、氣溫、冰凌等。

石佛水文站測流斷面處于相對順直河段，河床由卵石夾沙組成，主河槽寬不足100 m。河槽左岸為寬約100 m 的灘地，右岸為陡壁。水位自記井位于右岸山腳處，進水口高程19.90 m，最高可測水位27.50 m。基本水尺斷面設(shè)于河道左岸，由P1-P9共9只鋼加搪瓷直立式水尺組成。因其下游有人工堆砌的壅水設(shè)施，低水時流速較小，水位－流量關(guān)系點據(jù)散亂，故低水時改在臨時斷面測流。流速儀測流斷面與基本水尺斷面重合，設(shè)計最大測洪能力2 500 m3/s。測流斷面架設(shè)有自動測流纜道，操作室位于左岸，校核水準(zhǔn)點設(shè)在操作室門前石尖上，高程26.997 m。基本斷面上游80 m 處為石佛村對外公路橋。2011年，該站在橋上設(shè)置橋測斷面，當(dāng)年汛期測得洪峰流量212 m3/s。

石佛水文站輔助氣象觀測場設(shè)置面積為8×6 m2，位于院內(nèi)平房后一角。場內(nèi)設(shè)置1 種降水量觀測設(shè)備，即SL1型翻斗式自記雨量計；2 種蒸發(fā)量觀測設(shè)備，即E-601型蒸發(fā)器和?20 cm銅質(zhì)蒸發(fā)皿。

石佛水文站主要測驗儀器設(shè)備有浮子式遙測水位計、水文遙測系統(tǒng)客戶端計算機、資料在站整編用計算機、水準(zhǔn)儀、旋槳流速儀、電波流速儀等。

2 水文特性

1994年7月13日實測最高洪水位27.11 m，根據(jù)最高水位推求的最大洪峰流量為2 520 m3/s，為建站以來第1 位洪水。1995年7月29日洪峰流量為769 m3/s，排在第2 位；1998年7月6日洪峰流量為741 m3/s，排在第3位。

年降水量多年（1985—2013年）平均值為593.1 mm，年蒸發(fā)量多年（1998—2013年）平均值為825.0 mm。年徑流量多年（1986—2013年）平均值為1.23億m3，Cv＝0.71。

3 自動測流纜道應(yīng)用

2006年，石佛水文站在原吊箱測流纜道基礎(chǔ)上，改造建成由纜道循環(huán)索、水文絞車、自動測流控制臺、鉛魚、流速儀、信號傳輸回路共同組成的自動測流系統(tǒng)。2012年7月，在纜道測流系統(tǒng)中安裝了水文纜道無線信號傳輸儀。流速儀測速信號由通過循環(huán)索和地線構(gòu)成的傳輸回路進行傳輸改為以無線數(shù)字信號方式傳輸，使收集到的流速、水面及河底信號均為強信號；不同信號采用不同的數(shù)字化編碼，保證了譯碼的準(zhǔn)確率；信號抗干擾能力顯著增強，從而保證了信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2012年7月22日15時許，入汛以來第1場洪水到達石佛水文站。該站隨即實施了纜道流量測驗。至當(dāng)日夜間，共進行5次流量測驗。次日5時，結(jié)合纜道測流，該站同時在橋測斷面采用人工懸吊流速儀方法進行同水位下的流量比測。至25日6時，共獲得6組比測點據(jù)，詳見表1。

表1 纜道測流與橋上懸吊流速儀測流比測結(jié)果

從比測結(jié)果看，使用纜道測流系統(tǒng)測得的流量值與在橋上采用人工懸吊流速儀方法同時測得的同水位下的流量值基本吻合。基于此，該站在隨后的測驗中，均使用纜道測流系統(tǒng)測流。當(dāng)年資料整編時，全部采用纜道測流系統(tǒng)實測點據(jù)進行定線。對使用纜道測流成果繪制的水位－流量關(guān)系曲線進行3項檢驗，其符號檢驗、適線檢驗、偏離檢驗結(jié)果如下：

式中：u、t為統(tǒng)計量；k為正號（或負號）個數(shù)或變換符號次數(shù)；n 為測點總數(shù)；a 為顯著性水平值；pˉ為平均相對偏離值；spˉ為pˉ的標(biāo)準(zhǔn)差；pi為測點與關(guān)系曲線的相對偏離值；|t|＜1.70。

由此可見，水位－流量關(guān)系曲線3 項檢驗結(jié)果全部合格，說明纜道測流系統(tǒng)測驗結(jié)果合理，成果符合水文資料整編規(guī)范要求。

4 結(jié)語

石佛水文站實行站隊結(jié)合管理方式，汛期測驗人員駐站，非汛期由臨時工負責(zé)日常觀測，每月定期取回基本觀測資料并及時進行整理加工。因該站地處偏遠，生活條件相對艱苦，汛期僅有1名正式職工駐站，遇有洪水過程、需要搶測洪峰時，人手尤為緊缺。為此，該站加強了對臨時工的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，以此帶動各項測驗工作有條不紊地開展。原自動測流纜道配備無線信號傳輸儀后，可以進行上至數(shù)百、下至數(shù)秒立米流量的測驗，大大減輕了勞動強度，縮短一次測流歷時，出流量成果快，為報汛贏得時間，使該站測驗自動化程度提高到一個嶄新水平。

石佛水文站建站30余年來，積累了大量詳實的第一手水文資料，為潘家口水庫安全運行起到了尖兵和耳目作用。隨著自動測流纜道的應(yīng)用，該站常規(guī)測洪能力有了保障，為測驗、報汛以及資料積累奠定了基礎(chǔ)，在引灤工程管理局水文測報及水情信息服務(wù)方面發(fā)揮著日益重要的作用。