葫蘆河靜寧水文站測站功能及測驗方式改革淺析

趙軍霞，雒 儀

(1.甘肅省天水水文水資源勘測局，甘肅 天水 741000；2.甘肅省平涼水文水資源勘測局，甘肅 平涼 744000)

1 概述

經過改革開放40 a的建設發展，甘肅水文事業取得了長足進步，并通過國家防汛抗旱指揮系統建設、全國中小河流水文監測系統工程、全國水文基礎設施建設規劃等重點項目的實施，水文站網布局進一步優化，監測項目逐步完善，水文水資源監測能力得到顯著提升。目前，水文測驗中的水位、雨量項目通過JH-2型翻斗式雨量計與SEBAPULS雷達水位計已實現了自動化采集與報汛，告別了依靠人工觀測記錄的歷史；流量測驗方面，測站基本仍沿用纜道和涉水測流為主，受河道特性的影響無法采用更為先進的ADCP測流；蒸發、泥沙項目仍以人工觀測為主，與實現全部測驗項目自動化還有較大距離[1]。甘肅省平涼水文水資源勘測局所管理的葫蘆河測區在2016年～2019年共新建專用水文站2處、水位站3處、雨量站5處。在人員沒有增加的前提下，如需要滿足水文測報工作，必須對水文測驗方式進行改革、創新，以提升水文服務能力[2]。本文通過對葫蘆河靜寧水文站進行水文監測方式改革論證[3]，建立適合葫蘆河流域水文特點的以靜寧水文站為中心站，周邊水文監測站施行巡測、遙測的新型水文測驗模式，最終達到水文站巡測的目的[4]。

2 靜寧水文站簡介

靜寧水文站地處黃河流域渭河水系葫蘆河上游，位于平涼市靜寧縣城關鎮，集水面積2854 km2，距河口距離170 km；本站屬國家重要水文站、省界斷面站、區域代表站、中央報汛站和國家水質監測站。主要開展水文資料收集、水情報汛、水文調查等工作。測驗項目包括測站考證、水準測量、斷面及地形測量、水位、泥沙、流量、水溫、冰情、降水、蒸發等。水文站測驗斷面河段順直，上游100 m有公路橋一座，兩岸均為混凝土護岸，中高水控制良好，低水有分流，河床由細沙組成。靜寧水文站測驗河段平面圖見圖1。

圖1 靜寧水文站測驗河段平面圖

3 測驗項目分析

3.1 水位項目

水位觀測設施有雷達水位計和直立式水尺兩種，測驗河段左岸布設有基本水尺斷面及比降水尺斷面。目前該站雷達水位計監測水位需要進一步調試、維護，就能保證水位的在線監測；直立式水尺水位觀測，對雷達水位計水位起保障、補充和校核作用，已建有視頻監控系統，實現水位實時觀測。

3.2 流量項目

流量測驗采用流速儀法、浮標法、超聲波(雷達)等，影響本站水位流量關系的因素主要受洪水漲落率影響，其次受河床沖淤變化的影響。流域內洪水多由降水形成，洪水峰形多為尖瘦形，漲落快，持續時間短，水位流量關系曲線為多線條，水位流量關系曲線中、高水相對穩定，低水由于斷面沖淤變化較紊亂。沙峰與洪峰基本相應，略緩于洪峰。洪水主要發生在主汛期5月～10月，徑流量年內分配極不均勻。

3.2.1 水文測驗斷面變化分析

根據靜寧水文站歷年實測大斷面資料，點繪1996年～2015年大斷面圖，該站于2002年6月21日發生流域內最大洪水，洪峰流量257 m3/s，相應水位997.45 m，基本斷面河底沖刷不大，但是從2015年起，受河道治理及靜寧縣環保局埋設排污管道等工程影響，2015年大斷面發生較大變化，河床34 m～68 m由左至右抬高(起點距58 m處，比1996年大斷面抬高2.29 m)，見圖2。

圖2 靜寧水文站1996年～2015年大斷面套繪圖

由圖2可知，2015年后河道趨于基本穩定狀態。分別計算2016年～2018年洪水位992.40 m(流量20.8 m3/s)下的過水斷面面積，詳見表1。計算結果表明，河道斷面在3年間均處于淤積狀態。期間累計淤積面積為1.7 m2，占3年間平均過水面積的9.7%，但變化不大，河床整體比較穩定[5]。

表1 靜寧水文站2016年～2018年大斷面面積變化計算表

3.2.2 水位流關系分析

靜寧站于2015年進行河道治理，斷面變化較大，所以只點繪近3 a(2016年～2018年)水位流量關系曲線，見圖3。由圖3可知，水位流量關系曲線點群呈帶狀分布，帶距大，中、低水水位流量關系點據散亂，綜合規律性較差。線型同歷年線比較趨勢基本一致，逐年偏向右邊，說明近年來年徑流量逐漸偏小，水位流量關系不穩定，無法進行單值化處理[6]。

圖3 靜寧水文站水位流量關系曲線圖

3.2.3 水位流量等級劃分

依據《河流流量測驗規劃》(GB 50179-2015)規定：測站長期處于低水位流量較小或因上游水利工程影響時，增加了利用頻率流量進行流量級劃分的方法，計算方法為：(1)采用測站歷年實測最大洪峰流量，計算流量重現期并繪制皮爾遜Ⅲ型頻率曲線，當頻率P為90%時所對應的流量即為高水流量；(2)中、低水流量可采用測站歷年年平均流量計算重現期，此時頻率P為50%時所對應的流量為中水流量，頻率P為10%時所對應的流量為低水流量。根據上述測站流量級別劃分方法，結合靜寧站河道水情特征可將流量劃分為高、中、低、枯水期共四類，見表2。

表2 靜寧站水位流量級劃分表

3.3 泥沙項目

由于靜寧水文站單斷沙關系良好，泥沙測驗方式為單樣含沙量，以單沙代表斷沙。含沙量采用橫式采樣器或器皿取樣，采用過濾法處理水樣，整編采用實測單沙過程線法推求斷面平均含沙量。對輸沙量年內分配進行分析，根據靜寧水文站的實際情況，采用2010年～2016年資料進行低、枯水期輸沙量年內分配分析可知，每年低、枯水期的輸沙量小于多年平均年輸沙量的3%，見表3。

表3 靜寧站非汛期輸沙量與年輸沙量的比較

3.4 降水量項目

降水觀測全年采用20 cm人工雨量器四段制觀測，JH-2型翻斗式雨量計自動監測，極大地改善了雨量觀測條件。從2016年起，靜寧站降水量汛期已采用自記雨量計監測數據進行年終資料整編，非汛期采用人工觀測資料進行年終資料整編。

3.5 水溫、蒸發等項目

3.5.1 水溫、冰情

水溫觀測資料自1996年1月至2017年，系列長度22年，最高水溫28.4℃，發生于2000年7月2日；最低水溫0℃，發生于1996年1月1日；多年平均水溫12.2℃。冰情測驗資料自1996年1月至2018年，系列長度23年。

3.5.2 蒸發及輔助項目

靜寧站蒸發全年采用20 cm口徑蒸發器觀測，汛期(非結冰期)采用E-601型蒸發器與其平行觀測。選用20 cm口徑蒸發器2009年～2016年8站年蒸發量資料統計分析，最大值為1187.3 mm、最小值為1014.1 mm、多年平均蒸發量為1073.8 mm，通過分析，歷年蒸發量與多年平均相比年際變化在0.7%～10.0%之間，蒸發量單站累計曲線呈直線變化，未發生系統性變化，見圖4。

圖4 靜寧水文站20 cm口徑蒸發量累計曲線圖

4 駐測方案分析

4.1 駐測必要性分析

(1)水位由SEBAPULS雷達水位計自動監測，人工補充觀測，無線視頻監控系統自動監測。

(2)水位流量關點據散亂，綜合規律性較差，無法進行單值化處理。同時考慮該站為渭河干流站、國家重要水文站和省界斷面入境控制站，確定該站流量測驗全年實行駐測。

(3)泥沙測驗執行非汛期(1月～3月、11月～12月)停測，其余月份實測，停測期間的含沙量按零處理。

(4)降水采用融雪式遙測雨量計自動監測為主，人工觀測為輔。水溫、冰情測驗項目已積累了長期資料，能夠代表多年長期變化，綜合反映了河流要素的變化過程，但是無社會需求，建議停測。

(5)靜寧站屬水文分區第五區，是甘肅中部干旱黃土山丘區典型代表站，為了收集科學、可靠的蒸發資料，保留該觀測項目，采用蒸發自動監測儀器進行監測。

4.2 中心站可行性分析

靜寧站作為渭河干流站、國家重要水文站和省界斷面入境控制站，該站交通便利，生活條件方便，建設渭河片區中心站條件已成熟，中心站建成后，可輻射葫蘆河流域周邊巡測水文站、專用水文站、水位站和雨量站，見圖5。

圖5 葫蘆河流域靜寧中心站巡測輻射圖

5 結語

通過對葫蘆河靜寧水文站各類觀測項目及歷史水文資料進行單值化分析，并對測站進行實地調研走訪，確定該站實行駐測并建設成為葫蘆河測區中心站，承擔本站與各巡測水文站、水位站、雨量站的巡測與維護工作。建立以靜寧水文站為中心站，駐測為主、巡測相結合的測驗方式。同時建全巡測機構與應急管理預案，強化水文監測儀器和交通工具的裝備，提高水文預測預報及應急監測能力，全力做好水文測驗方式改革工作，充分發揮水文技術的支撐作用。