曹 杰

(山西省水文水資源勘測(cè)局，山西 太原 030001)

邢家社水文站設(shè)計(jì)方案研究

曹 杰

(山西省水文水資源勘測(cè)局，山西 太原 030001)

為進(jìn)一步完善水文站網(wǎng)布設(shè)與功能、監(jiān)測(cè)能力等方面的不足，對(duì)山西省水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析。以大川河邢家社水文站為例，對(duì)其進(jìn)行了水文站水文監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，工程建成后，將對(duì)減少大川河流域的洪澇災(zāi)害提供信息支撐。

水文監(jiān)測(cè)；問(wèn)題；監(jiān)測(cè)設(shè)施

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，水文在防汛抗旱、水資源管理、水生態(tài)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的作用越來(lái)越關(guān)鍵。水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在防洪抗旱減災(zāi)、水資源開(kāi)發(fā)利用、水生態(tài)與環(huán)境保護(hù)、水工程規(guī)劃與運(yùn)行管理等方面具有不可替代的重要作用[1-3]。特別在山西省歷年的防洪減災(zāi)中，水文監(jiān)測(cè)發(fā)揮了耳目和尖兵的作用，準(zhǔn)確、及時(shí)的雨水情信息和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，為政府部門(mén)的科學(xué)決策和實(shí)時(shí)調(diào)度提供了依據(jù)。

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，水文信息測(cè)驗(yàn)和傳輸方式的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的水文監(jiān)測(cè)方式已不能適應(yīng)水文發(fā)展的要求，依然存在著水文站網(wǎng)布設(shè)與功能不足、監(jiān)測(cè)能力不強(qiáng)，水文服務(wù)能力低下、生產(chǎn)生活條件艱苦等問(wèn)題，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水文的要求不相適應(yīng)[4-5]。因此只有加強(qiáng)水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，才能適應(yīng)當(dāng)前水文監(jiān)測(cè)快速發(fā)展的需要。本文對(duì)山西省水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，以《山西省大江大河水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(2015—2017年)建設(shè)工程實(shí)施方案》中的大川河邢家社水文站為例，對(duì)大川河邢家社水文站的測(cè)站位置、測(cè)驗(yàn)斷面選擇、基礎(chǔ)設(shè)施、觀(guān)測(cè)設(shè)施、流量測(cè)驗(yàn)、降水觀(guān)測(cè)場(chǎng)、水文監(jiān)控等進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。利用先進(jìn)的信息采集、傳輸、處理手段，及時(shí)做出洪水優(yōu)化調(diào)度方案，對(duì)保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，減少洪澇災(zāi)害損失具有十分重要的作用。

1 水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

到2016年底，山西省共設(shè)水文站71處，其中國(guó)家重要水文站16處，省級(jí)重要水文站20處，一般水文站32處，水保泥沙專(zhuān)用站3處?；拘纬闪巳≈饕恿鞯乃谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在歷年防汛抗旱、水利工程建設(shè)、水資源管理、水環(huán)境保護(hù)，特別是防治洪水災(zāi)害中，發(fā)揮了極其重要的作用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，全省水文站網(wǎng)總體密度仍較低，現(xiàn)有水文站網(wǎng)在水資源管理、水工程運(yùn)行管理、市界水資源等監(jiān)測(cè)站仍存在不足；部分水文信息采集仍靠人工，水文監(jiān)測(cè)自動(dòng)化水平仍需提高，時(shí)效性有待進(jìn)一步提高；服務(wù)領(lǐng)域比較狹窄，在服務(wù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市發(fā)展，以及農(nóng)村水利、飲水安全、水土保持、水利工程運(yùn)行管理等方面還不夠深入。

大川河為山區(qū)河流，下游流經(jīng)古交市區(qū)，匯入汾河，流域內(nèi)梅洞溝雨量站降水量屬于高值區(qū)，大川河上經(jīng)常有洪水發(fā)生，但是水文監(jiān)測(cè)未監(jiān)控該河流，屬于水文監(jiān)測(cè)空白區(qū)域，很難為各級(jí)政府提供及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)信息，無(wú)法滿(mǎn)足防洪對(duì)水文信息的需求。因此，大川河邢家社水文站的建設(shè)是十分必要的。邢家社水文站是《山西省大江大河水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(2015—2017年)建設(shè)工程實(shí)施方案》中新建4處水文站、水文設(shè)施工程中的一處，目前正在建設(shè)中。該實(shí)施方案還對(duì)30處現(xiàn)有水文站52套自記水位計(jì)更新和完善做了相關(guān)設(shè)計(jì)。

2 邢家社水文站建設(shè)內(nèi)容及設(shè)計(jì)方案

大川河邢家社水文站屬黃河流域汾河水系，位于山西省古交市邢家社鄉(xiāng)邢家社村，控制流域面積209 km2，屬于小河站。邢家社水文站占地約1300 m2，受地形限制，建筑面積為200 m2，為二層磚混結(jié)構(gòu)，屋面采用人字頂。新建測(cè)驗(yàn)河段基礎(chǔ)設(shè)施包括斷面樁3個(gè)，基線(xiàn)標(biāo)2個(gè)，水準(zhǔn)點(diǎn)3個(gè)，測(cè)站標(biāo)志1處，斷面索；新建(上中下斷面)直立水尺10支，水尺樁10支，新建雷達(dá)波自記水位計(jì)平臺(tái)，配置橋測(cè)車(chē)及無(wú)線(xiàn)遙控雷達(dá)波數(shù)字測(cè)流系統(tǒng)一套等。

2.1 測(cè)站、斷面選擇及水位觀(guān)測(cè)設(shè)施方案

大川河邢家社水文站測(cè)驗(yàn)河段斷面上下河道都比較順直、穩(wěn)定，水流集中，無(wú)分流、串溝、回水、死水等情況，兩側(cè)有堤壩，便于布設(shè)測(cè)驗(yàn)設(shè)施，符合水文規(guī)范測(cè)驗(yàn)條件。結(jié)合測(cè)驗(yàn)斷面具體情況，按照測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求分別在上中下斷面新建水位觀(guān)測(cè)設(shè)施包括直立水尺，新建雷達(dá)式水位計(jì)基礎(chǔ)及支架。

(1)直立水尺。直立式水尺由水尺板、水尺樁和水尺樁基礎(chǔ)等三部分組成，水尺樁采用12.6號(hào)槽鋼，長(zhǎng)3000 mm，槽鋼深入基礎(chǔ)1000 mm；采用800 mm×800 mm×2000 mm的混凝土樁基礎(chǔ)；水尺樁設(shè)置應(yīng)與水面垂直，并高于測(cè)站歷年最高、低于測(cè)站歷年最低水位0.5 m；同一組水尺應(yīng)設(shè)置在同一斷面線(xiàn)上，相鄰兩支水尺的觀(guān)測(cè)范圍應(yīng)有0.2 m的重合；水尺板選用鍍鋅鐵皮，水尺刻度由藍(lán)、白兩色夜光膜貼面組成。

(2)雷達(dá)式水位計(jì)平臺(tái)。雷達(dá)式水位計(jì)臺(tái)由儀器平臺(tái)、懸臂、鋼管支架及基礎(chǔ)組成。水位計(jì)探頭懸臂采用不銹鋼材料，長(zhǎng)度根據(jù)水流邊界條件確定；鋼管支架采用無(wú)縫鋼管，高度根據(jù)水位變幅與安全防護(hù)需要確定，采用法蘭盤(pán)與儀器平臺(tái)、基礎(chǔ)連接；基礎(chǔ)為強(qiáng)度等級(jí)C30的鋼筋混凝土灌注樁。儀器平臺(tái)規(guī)格為鋼板厚10 mm，尺寸1000 mm×700 mm;平臺(tái)欄桿規(guī)格為高度900 mm，鋼筋直徑Φ10 mm；采用直徑Φ32 mm，厚度3 mm，長(zhǎng)度6.0 m懸臂；采用直徑Φ325 mm、厚度8 mm、長(zhǎng)度5.0 m鋼管支架;地面以下強(qiáng)度等級(jí)C25、長(zhǎng)20.5 m的鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，地面以上強(qiáng)度等級(jí)C25、長(zhǎng)2.5 m的混凝土柱。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施方案

結(jié)合各自斷面情況分別布設(shè)測(cè)驗(yàn)河段基礎(chǔ)設(shè)施，包括斷面樁、基線(xiàn)樁、斷面標(biāo)志、水準(zhǔn)點(diǎn)、斷面界樁、測(cè)站標(biāo)志、斷面起點(diǎn)距牌、觀(guān)測(cè)道路、測(cè)驗(yàn)斷面整治等。

(1)斷面樁。基本水尺斷面位于歷年最高洪水位以上0.5～1.0 m。采用白色彩鋼板加工成直徑250 mm圓形鋼管，貼上三圈反光膜，鋼管內(nèi)捆綁鋼筋，鋼管下穿鋼筋，再灌入混凝土，做一圓蓋，圓蓋中心加工一圓錐型標(biāo)志，將圓蓋與鋼管內(nèi)混凝土凝固在一起，圓蓋上貼上兩片半圓紅白反光膜。

(2)基線(xiàn)樁?；€(xiàn)垂直于基本水尺斷面，需新設(shè)置2個(gè)。采用300 mm×300 mm×2200 mm的C20預(yù)制混凝土樁，樁中心標(biāo)志位置為Φ14，長(zhǎng)400 mm鋼筋1根，其鋼筋應(yīng)高出混凝土樁頂面20 mm，鋼筋頂面刻畫(huà)出“十”字狀。

(3)斷面標(biāo)志。在基本水尺斷面、上下比降斷面，每個(gè)斷面設(shè)斷面標(biāo)志牌1個(gè)、斷面標(biāo)志桿2根。根據(jù)斷面寬度、地形、視距、能見(jiàn)度等因素，確定斷面標(biāo)志牌、斷面標(biāo)志桿的尺寸及高度。

(4)水準(zhǔn)點(diǎn)。設(shè)置基本水準(zhǔn)點(diǎn)1個(gè)、校核水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)，均布置在歷年最高洪水位以上，地形穩(wěn)定、便于引測(cè)保護(hù)的地方。

(5)保護(hù)標(biāo)志牌、保護(hù)界樁。保護(hù)標(biāo)志牌設(shè)計(jì)為3塊矩形牌，用寬50 mm扁鋼做成500 mm×300 mm框架。方鋼框架兩面錨固500 mm×300 mm 鍍鋅鐵皮，鐵皮面板設(shè)計(jì)粘貼反光膜，藍(lán)底白字。書(shū)寫(xiě)內(nèi)容主要是依照國(guó)家法律所保護(hù)設(shè)施的項(xiàng)目的名稱(chēng)和設(shè)施建設(shè)時(shí)間、特征等。牌的側(cè)面用成品緊固件固定在保護(hù)設(shè)施上。在保護(hù)測(cè)驗(yàn)河段的上下斷面處和主索鐵塔處，樹(shù)立水文測(cè)驗(yàn)河段保護(hù)區(qū)界樁6塊，牌高4 m，板牌的正面粘貼藍(lán)底白字和白線(xiàn)框的建筑反光膜，其字體為黑體，字樣為“水文測(cè)驗(yàn)河段保護(hù)區(qū)(上界)”和“水文測(cè)驗(yàn)河段保護(hù)區(qū)(下界)。立桿底部設(shè)置高出地面300 mm，長(zhǎng)寬均為619 mm混凝土(C25)墩，水泥砂漿粉刷抹光后，醒目書(shū)寫(xiě)“水文保護(hù)標(biāo)志，受法律保護(hù)”等紅色字樣。

(6)測(cè)站標(biāo)志?；緮嗝嬖O(shè)測(cè)站標(biāo)志碑1座，位于歷年最高洪水位以上0.5～1.0 m，采用寬2000 mm×高1500 mm×厚100 mm的大理石板鑲嵌入C25鋼筋混凝土基座上，基座高750 mm，基座表面鑲貼外墻磚。大理石正面上刻水文站簡(jiǎn)介及立碑單位等，石碑的背面鑲刻水文站位置示意圖等，石碑鑲刻字體均為金黃色正楷字，流域圖為白色，外加金黃色的矩形(圓形導(dǎo)角)線(xiàn)框，測(cè)站位置用紅色三角形示意。

2.3 流量測(cè)驗(yàn)方案

通過(guò)實(shí)地查勘，流量測(cè)驗(yàn)斷面右岸緊靠公路，公路一側(cè)山坡較為陡峭，且為風(fēng)化嚴(yán)重的二疊紀(jì)泥頁(yè)巖夾灰?guī)r層，架設(shè)纜道工程非常困難。測(cè)驗(yàn)斷面左岸有樹(shù)木，還有高壓線(xiàn)，架設(shè)纜道困難亦很多，因此，利用纜道測(cè)流不是優(yōu)選方案。通過(guò)比選，測(cè)流方案確定如下：低(枯)水涉水施測(cè)；中高水利用邢家社公路橋采用橋測(cè)車(chē)—流速儀法測(cè)流；高水以上采用無(wú)線(xiàn)遙控雷達(dá)波數(shù)字化測(cè)流系統(tǒng)測(cè)流。EXC75-1A水文橋測(cè)車(chē)配備測(cè)驗(yàn)儀器操作簡(jiǎn)單、靈活方便、自動(dòng)化程度高、拆卸方便。YKCL-Ⅰ型無(wú)線(xiàn)遙控雷達(dá)波數(shù)字化測(cè)流系統(tǒng)設(shè)備采用美國(guó) ACI 公司多普勒雷達(dá)波測(cè)速傳感器、步進(jìn)電機(jī)配置美國(guó)高性能專(zhuān)用微步距電腦控制芯片的高性能細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，采用計(jì)算機(jī)-PLC 兩級(jí)控制模式。在直徑 4.2 mm 的簡(jiǎn)易鋼絲繩纜道上，利用無(wú)線(xiàn)遙控、配套定位和測(cè)流軟件，在電腦上遠(yuǎn)程操作，以非接觸方式測(cè)驗(yàn)、計(jì)算水面流速、斷面流量。

2.4 其他設(shè)施方案

邢家社水文站為駐測(cè)站，新建辦公生活用房建筑面積200 m2，為一層磚混結(jié)構(gòu)，屋面采用人字頂。新建圍墻、院面硬化、新建大門(mén)、架設(shè)220 V輸電線(xiàn)路和供水管道等。新建觀(guān)測(cè)房1間，面積29.6 m2。根據(jù)各測(cè)站自然地理環(huán)境和觀(guān)測(cè)任務(wù)，按規(guī)范要求選擇觀(guān)測(cè)場(chǎng)地，確定觀(guān)測(cè)場(chǎng)的規(guī)格為6 m×6 m、柵欄高1.2 m，材料選不銹鋼護(hù)欄。柵欄基礎(chǔ)砌筑寬240 mm×高500 mm的圍墻，用陶質(zhì)釉面外墻磚貼面，觀(guān)測(cè)場(chǎng)內(nèi)修建500 mm寬的混凝土觀(guān)測(cè)道路，觀(guān)測(cè)場(chǎng)內(nèi)種植草皮。在河道斷面和站院內(nèi)各安裝1個(gè)視頻攝像頭，采用ADSL信道傳輸視頻信號(hào)，用戶(hù)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控視頻圖像。

3 結(jié) 論

通過(guò)邢家社水文站的建設(shè)實(shí)施，填補(bǔ)了大川河水文監(jiān)測(cè)空白，擴(kuò)大了水文信息的采集范圍，采用橋測(cè)車(chē)—流速儀法測(cè)流和無(wú)線(xiàn)遙控雷達(dá)波數(shù)字化測(cè)流系統(tǒng)等方法和技術(shù)，提高了水文信息采集、傳輸、處理的效率，提升了水文服務(wù)能力，為各級(jí)政府提供及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)信息，滿(mǎn)足防洪對(duì)水文信息的需求，可以最大限度地減少洪水災(zāi)害造成的損失，極大地保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

[1] 滕麗娟．張家口市中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程檔案管理存在的問(wèn)題及對(duì)策[J]．水資源開(kāi)發(fā)與管理，2016(3)：82-84．

[2] 謝世堯．水文監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)需求分析[J]．黑龍江水利，2016，2(3)：4-8．

[3] 趙昕，梅軍亞，李厚永，等．水文監(jiān)測(cè)創(chuàng)新在2016年長(zhǎng)江洪水測(cè)報(bào)中的作用[J]．人民長(zhǎng)江，2017，48(4)：8-12．

[4] 周敏，戈禹．江蘇省中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程項(xiàng)目建設(shè)的思考[J]．江蘇水利，2016(3)：17-19．

[5] 柯東．九江市水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題與對(duì)策[J]．江西水利科技，2008，34(3)：181-184．

Study on design scheme of Xingjiashe hydrologic station

CAO Jie

(ShanxiHydrologyandWaterResourcesSurveyBureau,Taiyuan030001,China)

In order to further improve the hydrologic network design, function and monitoring ability, the current situation and problems of Shanxi provincial hydrologic monitoring system were analyzed. Taking the Xingjiashe hydrologic station in the Dachuan River for example, the hydrologic monitoring scheme was designed. After completion of the project, it will provide the information support for reducing flood disaster in the Dachuan River basin.

hydrologic monitoring; problem; monitoring facilities; scheme design

曹 杰(1981-)，男，山西太原人，工程師，從事水文資料整編與水資源計(jì)算分析等工作。E-mail:1793586330@qq.com。

P336

A

2096-0506(2017)05-0044-03