新疆某水文站水文巡測方案探析

祖力皮亞·熱西提

（新疆維吾爾自治區水文局，新疆 烏魯木齊 830000）

近年，隨著山洪預警、中小河流水文監測、國家地下水監測等項目陸續建設，新疆水文工作任務劇增，現有人力、物力及運行模式已無法滿足新形勢下水文站網管理工作需求，原有的駐測方式也不能適應新疆水文事業的發展與服務水平的提升。以某水文站為例，對新疆水文巡測方案進行探析。

1 概況

某水文站設于1947 年2 月，控制集水面積22 516 km2，系大河重要控制站和中央報訊1 級站，屬國家重要水文站[1]，主要觀測項目有水位、流量、懸移質單沙、懸移質輸沙率、冰情目測、固定點冰厚、水溫、氣溫、水質、地下水位等。

水文站現采用駐測方式，水位采用人工觀測和雷達水位計記錄相結合，流量采用電動纜道、橋測等方式。測驗河段位于某河東大橋上，該測驗河段順直，兩岸有防洪堤，河床由泥沙組成，高中水為單一河槽，水位流量關系曲線為單一曲線。低水位時水流較為分散，受多種因素影響，水位流量關系經常不為單一線。

2 水文特性分析

2.1 區域水文特性

某水文站有1955—2020 年連續66 a 的實測流量資料，2005—2020 年實測徑流資料系列顯示，徑流年內分配不均勻。汛期（6—9 月）徑流量為14.125×108m3，占年徑流的54.9%；平水期（4—5、10—11月）徑流量為6.819×108m3，占年徑流的26.5%[2]；枯水期（12 月—翌年3 月）徑流量為4.791×108m3，僅占年徑流的18.6%。8 月水量最大，徑流量為4.416×108m3，占年徑流的17.2%。多年平均流量為78.0 m3/s，多年平均含沙量為0.312 kg/m3，多年平均輸沙率為24.9 kg/s，實測最大流量為993 m3/s（1999年7 月27 日），最小流量為1.38 m3/s（1974 年5 月24日），最大流速為1.66 m/s，最大水深為4.80 m，最大含沙量為8.44 kg/m3，屬冰雪融水和雨水混合補給型河流[3]。

2.2 某水文站水位流量關系

某水文站測驗河段順直，上游彎道距離基本水尺斷面約100 m；斷面為寬淺式河道，高中水主槽寬度約310 m，高水控制條件較好；河道受人為引水影響，但對水文測驗無大的影響，斷面無串流、逆流、回水、死水等情況。低水時河中有淺灘，灘地及主槽流向一致，主流不固定。河床由礫石、細沙組成，左右岸為人工堤壩，河床沖淤變化不大。施測斷面的河槽情況及形狀為：低水為復式河槽，關系散亂，有1～2條曲線，高中水為單一河槽，水位流量關系曲線合并為單一曲線。左右岸邊有綠化草坪，植被較好。

根據近幾年資料分析，水位流量關系基本呈單一線。冬季（12 月—次年3 月）因結冰影響，水位流量關系無明顯規律性，采用連實測流量過程線法推求流量。2015—2020年，實測大斷面如圖1所示，水位面積關系曲線如圖2 所示，水位流量關系曲線如圖3 所示。點繪2014—2019 年退水曲線，如圖4 所示。可以看出，10月—次年3月水量變化緩慢，周期性規律強，退水曲線趨勢明顯。說明10 月—次年3月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流，流量精度完全可以得到保證。

圖1 某水文站2015—2020年實測大斷面

圖2 某水文站2015—2020年水位面積關系曲線

圖3 某水文站2015—2020年水位流量關系曲線

圖4 某水文站枯水期流量過程線（退水曲線）

3 巡測方案探析

3.1 某水文站測驗方式

自1955 年，某水文站流量、輸沙率測驗基本采用橋測，一般洪水單次流量測驗需要60 s左右，單次輸沙率測驗需要90 s左右。水位全年采用自記水位計觀測，人工8時、20時觀測，同時觀測水溫[4]。2019年開始使用自動化設備，并與原有的測驗設施和設備進行對比觀測。

（1）水位。5—10 月觀測，采用超聲波水位計或雷達水位計，用U盤把數據傳輸到勘測局信息庫中。視頻觀測輔助人工校核，用手機圖片或網絡將數據傳輸到勘測局信息庫中。

（2）流量。全年采用電動纜道或人工測流，通過人工傳輸到勘測局信息庫中。

（3）氣溫。全年采用人工觀測和氣象三要素觀測，人工觀測校核。

（4）泥沙。4—9 月觀測，其他時間因歷年含沙量資料為0，可以停止觀測。利用勘測局信息庫數據，主動將數據推送到水情報送計算機上，自動報送水情。

10 月—次年3 月，雇傭臨時工或每月去一趟測站測流、看護儀器、站房。

3.2 水工程情況

某水文站基本斷面上游1.2 km處有景觀橋，1.9 km處是S325公路大橋，3.4 km處是高速公路大橋。小水時，在大橋上測流，受橋墩影響，水位流量關系線不穩定。下游附近未建設水工程，距離巡測基地56 km，交通十分便利。

3.3 測次及巡測時機

3.3.1 測站水流沙特性及單次測驗必須歷時統計

該水文站施測河段順直。細沙組成河床，河兩岸為防洪堤，河寬310 m，一般情況下使用電動纜道在基下62 m 處測流，中小水時在基下3 m 處（大橋上）施測流量，中斷面為基本水尺斷面，浮標斷面、上下比降斷面間距為200 m，各水尺設置在右岸，各個斷面布設方向與水流平均方向垂直。經過長期的觀測和施測，積累了水位、流量、氣溫、水溫、泥沙等各方面資料，這些是計算和分析該河中下游河道生態環境需水量的重要依據。流量單次測驗可以控制在1 h內完成，輸沙率單次測驗可以控制在1.5 h內完成。

3.3.2 流量、輸沙率測驗次數精簡分析

根據某水文站實測資料統計，河流水量主要集中在5—9 月，占年水量73.0%以上；1—3、10—12月屬于流域退水過程，水量變化不大，冰期水量更加平穩。某水文站測驗任務書規定，全年流量測次為43次。

根據上述資料統計分析成果和現狀測驗條件，建議該站采用駐測和巡測相結合的測驗方式，即4—9 月正常觀測，其他時間（1—3、10—12 月）開展巡測，1—3、10—12月每月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流。

根據《水文巡測規范》4.2.4（c）規定，水位流量關系不呈單一線的測站，全年采用巡測資料推算流量，一類精度的水文站年徑流量誤差不超過2.0%，或部分時段采用巡測資料推算流量，由時段徑流量算得的年總量誤差不超過2.0%的規定者，流量可以實行巡測。

某水文站巡測前后時段徑流的測驗誤差分析詳見表1，該站1—3、10—12 月采用巡測方式后，流量精度完全可以得到保證。

表1 某水文站巡測前后時段徑流的測驗誤差分析

3.3.3 懸移質單沙和輸沙率測次分析

《水文巡測規范》4.2.5（d）規定，具備懸移質輸沙率停測或間測條件的懸移質輸沙率可實行巡測[5]。《水文巡測規范》4.2.7（a）規定，測站每年低、枯水期連續3個月以上的時段輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%，在該時段內可停測泥沙，停測期間的含沙量作零處理。

1—3、10—12 月輸沙量和多年平均輸沙量對比詳見表2。由表2 可見，1—3、10—12 月可以停測泥沙，停測期間的含沙量作零處理。

表2 某水文站1—3、10—12月輸沙量和多年平均輸沙量對比

3.4 巡測方案

根據以上分析，某水文站巡測方案記述如下。

（1）水位觀測。4—9 月，駐站監測，采用自記水位計觀測記錄，人工8 時、20 時校核。1—3、10—12月，水位可停測。巡測期間，建議進行雷達水位計與人工觀測水位的比測。

（2）流量測驗。4—9 月，按原任務書要求正常觀測。1—3、10—12 月實行巡測，每月各測流1 次，用連實測流量過程線法推流。

（3）泥沙。4—9 月，按原任務書要求正常觀測。1—3、10—12月停測，停測期間的含沙量作零處理。

（4）氣象觀測中的氣溫、降水、蒸發繼續觀測，在原氣象場安裝自動監測設備，實時數據傳輸到勘測局信息中心。巡測期間，進行自動氣象監測與人工觀測的比測工作。

（5）報汛應急方案。當水位傳輸發生故障時，由看管人員電話報送水情，實行“無人值守，有人看管”。若遇洪水，某水文站測驗斷面洪水從起漲到峰頂歷時20～40 h，從巡測基地到該站測驗斷面不到1 h就可到達，交通比較方便，測驗機會不易失去。

3.5 測驗方法

根據該站現有測驗條件，建議4—9 月實行駐測，其他時間（1—3、10—12 月）實行巡測。遠期可配備遠程監控水位系統（雷達水位計）和流量實時在線監測系統，達到水位、流量巡測目的。

某水文站流量為一類精度，4—9 月按原任務書要求正常觀測，1—3、10—12 月可實行巡測，巡測期間每月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流，流量精度完全可以得到保證。

懸移質單沙和輸沙率測次，4—9 月按原任務書要求正常觀測，1—3、10—12 月時段平均輸沙量小于多年平均輸沙量的3.0%，因此可停測，停測期間含沙量作零處理。

氣溫由氣象三要素監測系統自動采集并傳輸。

3.6 巡測資源配置方案

勘測局成立巡測隊，加強專業人員新儀器設備操作和維護技能培訓，業務管理和水情通信維護人員分片實施。在現有水尺組、超聲波水位計、雷達水位計、電動纜道、橋測設施等測驗設施、設備的基礎上，還需配置巡測越野車、對講機、移動手機、移動通信電話、視頻監控設備、信息傳輸設備、自動氣象站、有線網絡通信設備，增加山區遙測雨量站點的建設，以便及時收集降水量，有利于更好掌握測流時機。同時，將巡測運行費用列入財政部門預算，以滿足巡測工作需求。

4 方案的合理性分析

4.1 巡測站選取的合理性

本方案巡測站是以原水文站為單位，測站控制條件未變，符合資料連續性與一致性要求。本巡測站距離勘測局較近，交通、通信方便，能按水情變化及時施測流量，巡測站選取基本合理。

4.2 巡測時間選取的合理性

本巡測方案主要考慮的是平水期與枯水期（10月—次年3 月），該時段來水量均為地下水補給，流量處于穩定期，變化相對較小，此期間每月各測1次流量，水位停測，用連實測流量過程線法推流，流量精度完全可以得到保證。在現狀交通便捷條件下，能夠及時按水情變化施測流量，滿足定線與整編要求，且巡測時段均為平水期與枯水期，無洪水過程發生，巡測時間可適當提前或推移。

上述內容均符合《水文巡測規范》（SL195-2015）要求。

4.3 巡測方案的可操作性

巡測方案的編制綜合考慮了水文站平水期與枯水期流量相對穩定，并已滿足現行《水文巡測規范》（SL195-2015）第4.2.4 條第c、e 條內容的規定，即c）水位流量不呈單一線的測站，全年采用巡測資料推算流量，或部分時段采用巡測資料推算流量，由時段徑流量誤差算得的年徑流量的誤差一類精度的水文站為2%；e）水位流量關系不呈單一線的測站，當距離巡測基地較近，具備交通、通信條件，能夠及時按水情變化施測流量。

上述內容滿足巡測規范、定線與整編要求，巡測方案具備可操作性。

5 結語

水文巡測是水文專業人員以巡回流動的方式定期或不定期對一個地區或流域內水文測站或斷面的水文要素進行的觀測作業。通過對某水文站巡測方案的探討分析可知，采取合理有效的巡測模式，不僅可以有效、系統地管理好水文站點，應對突發水事件，還節約了人力和物力，改善了測站職工生活，為實現科學防災減災、水資源優化配置與高效利用提供科學依據，可供相關站點參考。