厄瓜多爾瓜亞斯流域水文綜合監測站網規劃研究

(1.長江水利委員會水文局，湖北 武漢 430010;2.長江水利委員會水文局 漢江水文水資源勘測局，湖北 襄陽 441021)

1 研究背景

2012年6月，水利部長江水利委員會(CWRC)和厄瓜多爾水利部(SENAGUA)簽訂了編制厄瓜多爾全國流域綜合規劃的協議。該協議旨在提高厄瓜多爾水資源綜合利用效率，減輕或避免洪水和干旱等自然災害，促進該國經濟社會的可持續性發展，從而實現 2013～2017年《厄瓜多爾國家美好生活規劃》(《Plan Nacional del Buen Vivir》)中的各項目標。

水文站網規劃作為整體規劃的必要組成部分，對整體規劃起著重要的基礎支撐作用。目前，與水文及水文測驗有關的國際通用規范主要有世界氣象組織(WMO)的水文實踐指南[1]以及國際標準化組織(ISO)的TC113[2]。其中，WMO的水文實踐指南中只對站網容許最稀密度作出了相應規定，未對如何布設站網作出指導性說明。而ISO-TC113發布的68項標準主要用于指導水文測驗及河段選取，沒有專門針對水文站網綜合布局方面的條款。在厄瓜多爾標準化研究所(INEN)的標準目錄中，也未查找到水文站網規劃方面的標準。

據此可知，無論是國際通用標準或是厄瓜多爾國家標準，均無法直接用于指導該國的水文站網規劃。我國在借鑒前蘇聯水文站網規劃方面經驗的基礎上，結合國情編制完成了《水文站網規劃技術導則》(SL34-2013)[3]。幾十年的運用經驗表明，該導則參考性和指導性較好[4]。但由于兩國的政治經濟、地形地貌以及水文氣象等差別巨大，如何將國際和我國的各類站網規劃標準和規范因地制宜地用于厄瓜多爾的水文站網規劃，有必要開展深入的分析研究工作。

2 流域概況

厄瓜多爾河流眾多，是世界上每平方公里河流分布最為密集的國家之一，南北走向的安第斯山脈縱貫厄瓜多爾中部，將該國分為西部沿海、中部山地和東部亞馬遜地區3個部分。其中西部沿海和中部山地為太平洋水系，主要有米拉(Mira)、埃斯梅拉爾薩(Esmeraldsa)、馬納維(Manabi)、瓜亞斯(Guayas)、杰伯恩斯(Jubones)、普揚揚卡-塔馬約(Puyango-Catamayo)等6個流域；東部地區為亞馬遜河水系，主要有那波(Napo)、帕斯塔薩(Pastaza)、圣地亞哥(Santiago)等3個流域，本文選擇流域面積較大、經濟較為發達、代表性較強的瓜亞斯(Guayas)流域為研究對象。該流域面積44 532 km2，由17條獨立入海河流組成。其中，11條河流流域面積超過100 km2，3條超過1 000 km2，分別是瓜亞斯河、德爾莫羅河和扎蓬塔爾河。

3 水文監測站網規劃

3.1 站網及測驗方式現狀

厄瓜多爾現有水文站網由水文站和氣象站組成，其中水文站有169處，氣象站有229處。水文站監測的項目包括流量、水位，部分站點還兼測水質和泥沙。氣象站監測的項目包括雨量、蒸發、氣溫、風向、風速和空氣濕度等。其中，瓜亞斯流域現有12個站點開展泥沙監測，大部分測站測驗資料年限較短且不連續。水質監測斷面站點40個，主要由國家水文氣象研究院和厄瓜多爾水利部兩個機構負責。

水文氣象研究院是厄瓜多爾開展水文測驗和水文站網運行管理的單位，每年都對水文資料進行整編后發布在《水文年鑒》上。流量測驗采用流速儀五點法(見圖1)，測驗頻次為平均每3個月1次，年測次約4～5次，多采用涉水測量或水文吊箱纜道渡河測量(見圖2)，少部分站點采用ADCP測流。水位觀測采用自記和人工觀測兩種方式。人工觀測時，每日06:00和18:00觀測2次，自記多采用浮子式水位計。根據水位觀測所采用的設備不同，水位觀測站又分為人工觀測水尺測站(LM型)、模擬水位計測站(LG型，見圖3)、數字式自記水位站(AU型，具有自動采集、存儲和發送功能)、非接觸式水位測量儀測站。厄瓜多爾氣象觀測設施設備比較完善，降水觀測由氣象站兼測，氣象站監測的項目還包括溫度、風向、風速、空氣濕度等(見圖4)。僅有部分水文站開展懸移質泥沙測驗，年測次為1～7次不等。此外，部分水文站還兼測水質參數。

圖1 流量測量所用流速儀

圖2 水文吊箱纜道

圖3 水位自記井(LG型)

圖4 氣象站及降水量觀測設備

3.2 規劃原則和方法

3.2.1 總體原則

在充分考慮厄瓜多爾自然、社會和經濟條件的基礎上，制定較為合理可行的規劃目標和任務。以流域為基本規劃單元，綜合考慮氣候、水文和地理等特征劃分水文分區。在滿足流域內防洪、水資源管理、航運、水利工程建設等多方面需求的前提下，以遵循中國相關標準和規范為基本要求[5～9]，具體規劃時盡量采用國際標準和厄瓜多爾本國標準，結合所在地的交通條件、生活環境和建站條件等因素，開展各類水文站網的規劃工作。按照先易后難的順序制定分期建設規劃，在力求經濟高效的同時，實現綜合站網的整體功能(見圖5)。

圖5 瓜亞斯流域水文綜合站網規劃技術路線

3.2.2 規劃方法

(1)流量站網規劃方法。在大河控制站布設時，應注意：① 在江河干流沿線，以任何兩個相鄰測站之間流量特征值的變化不應小于10%的遞變率，來確定布站數量的上限；② 以內插年徑流量或相當于防汛標準洪峰流量的誤差不超過5%～10%來確定布站數量的下限。在區域代表站布設時，應注意：在同一大流域內，根據徑流特征的空間變化特性，將其支流的面積分為若干級，再從每個面積級的河流中選擇有代表性的河流設站觀測。

(2)水位站網規劃方法。在河道水位站布設時，應注意：①滿足防洪抗旱、分洪滯洪、引水排水、水利工程或交通運輸工程的管理運用等需要；②滿足河流沿線任何地點推算水位的需要；③盡量與流量站的基本水尺相結合。在水庫水位站布設時，應注意：①能反映水庫各級水位水面曲線的轉折變化；②水庫主要支流入匯口處，應布設水位站；③庫區水位站應盡量與其他觀測斷面結合布置。在湖泊水位站布設時，應注意：①能反映湖泊水面曲線的轉折變化；②湖泊代表站的水位應能代表湖泊的平均水位；③湖泊較大支流匯入處應布設水位站。

(3)雨量站網規劃方法，規劃時應注意：①能控制與配套面積相應的時段雨量等值線的轉折變化，不遺漏雨量等值線圖經常出現極大或極小值的地點；②在雨量等值線梯度大的地帶和對防汛有重要作用的地區應適當加密；③暴雨區的站網均應適當加密；④區域代表站和小河站所控制的流域重心附近應設立雨量站；⑤雨量站應盡量設立在生活交通和通信條件較好的地點。

(4)泥沙站網規劃方法。規劃時，應注意：①以任何相鄰測站之間，多年平均年輸沙量的遞變率不小于20%～40%為原則，估計布站數目的上限。②以內插年輸沙量的誤差不超過10%～15%為原則，估計布站數目的下限。③在不具備分析論證條件的地區，可按下述方法確定泥沙站的數目：在強侵蝕地區，應選不少于60%的流量站作為泥沙站；在中度侵蝕區，可選擇30%～60%的流量站作為泥沙站；在輕度、輕微侵蝕地區，可選擇15%～30%的流量站作為泥沙站。

(5)水質站網規劃方法。為達到流域水資源保護與管理的要求，重點考慮在水功能區、省界水體、飲用水水源地、入河排污口及敏感水域的典型斷面布設監測斷面。

(6)水面蒸發站網規劃方法。厄瓜多爾的氣象站均有蒸發觀測項目，但這些蒸發項目并不全是水文分析計算所需的水面蒸發資料，故從現有的氣象站點中，按照下述觀測場地要求，優選出所需的陸上水面蒸發觀測站。①場地附近的下墊面條件和氣象特點，應能代表整個區域的一般情況，要避免局部地形影響。②較大水體(水庫、湖泊、海洋等)最高水位線的水平距離應大于100 m，以防止附近水體蒸發對觀測造成影響。③場地四周必須空曠平坦，氣流暢通，以防止氣流受阻，水面蒸發速度和強度減弱，使觀測結果失真。

3.3 綜合站網規劃與布局

按照上節所述規劃原則和方法，以瓜亞斯流域為例開展了各類水文站網規劃和布設(見表1、圖6和圖7)。在現有各類水文站網的基礎上，通過新設、撤銷以及變更用途等方式，實現了站網的優化與調整，具體表現在以下幾個方面。

表1 瓜亞斯流域水文綜合站網規劃成果

注：表中不包含10個工程專用站。

圖6 瓜亞斯流域現有水文站網分布

圖7 瓜亞斯流域水文站網規劃成果

(1)站類更加齊全。現狀情況下，瓜亞斯流域主要有水文及氣象兩大類站網。水文站施測水位、流量，部分水文站還兼測泥沙、水質；氣象站監測雨量、蒸發、濕度、氣溫和風速風向等。本次規劃在現有站類的基礎上，新增了輔助水文站網、水位站網、水質站網、專用水面蒸發站網以及工程專用站網，站點類型更加豐富。

(2)站點分布更加合理。流量站網方面，對流域內集水面積較小、水量較小、流程短、設站過密的水文站進行了優化，使其變更為輔助水文站，并在大的未控河流上設置了出口控制站。雨量站網方面，重點在年均降雨量2 000～3 000 mm的北部地區和年均降雨量400～1 000 mm的西部地區增設了部分站點，無論從空間分布還是高程分布上都更加合理。其他各類站網也通過增設站點的方式，使得空間分布更加的合理。

(3)站點密度進一步提升。流量站點數量和密度變化均不大，僅新增了8處流量站，增幅也是各類站網增幅最小的(11.59%)，但通過對現有流量站點的優化調整，將30處流量站優化為輔助站，在測站總數小幅增加的情況下，實現了站網功能的優化。雨量站點新增了41處，增幅達到 80.39%，站網密度也由 1.145處/103km2增至2.066處/103km2，達到了WMO的容許最稀站網標準。水位站網方面，在通航河段增設了7處站點，提升了對內河航運的支撐力度。泥沙站網密度較規劃前有了大幅提高，由現有的12處增至20處，增幅達到 66.67%，達到了WMO的最稀站網密度標準。水質監測斷面也由現有的40處增加到了61處，增幅也達到了52.50%。新增的1處水面蒸發站位于北部地區的貝拉斯科-伊瓦拉湖地區。

(4)服務功能更加全面。在增加測驗項目的同時，綜合站網的服務功能也更加全面。新設置的工程專用站可以滿足防洪、發電等需求。通過在通航河段新設水位站，進一步提升了服務內河航運的能力。新增的貝拉斯科-伊瓦拉湖水面蒸發站可以滿足流域水資源管理的需求。在重點產沙區新設置的泥沙監測站點可以更好、更全面地服務于流域的水土保持工作。

4 結 論

本文選擇厄瓜多爾瓜亞斯流域為典型流域，以國內外有關站網規劃的標準和規范為指導，實現了瓜亞斯流域水文綜合站網的優化與調整。主要結論如下：

(1)瓜亞斯流域現有水文站網由水文站網和氣象站網組成，其中水文站69處，氣象站51處。現有站網存在的主要不足包括：站點數量較少，水文站和氣象站均未達到WMO的容許最稀站網標準；站點的空間分布不均，部分大河未設置出口控制站，北部和西部地區雨量站點較少；流域缺少專用的水面蒸發監測站等。

(2)本次規劃包括基本站網、輔助站網及工程專用站網等三大類站網，共計216處單項站，其中基本站206處，工程專用站10處。基本站(含一站多能)中包括流量站77處、雨量站92處、水位站76處、泥沙站20處、水質站61處、水面蒸發站5處。

(3)通過本次規劃，在現有水文和氣象站網的基礎上新增了輔助水文站網、水位站網、水質站網、專用水面蒸發站網以及工程專用站網，站點類型更加豐富；通過增設站點和調整站點功能的方式，使得站網空間分布更加合理；各類站點密度進一步提升，接近或達到了WMO的最稀站網密度標準；在增加測驗項目的同時，綜合站網的服務功能也更加全面。