文宏展，張建洪

（廣西壯族自治區(qū)水文中心，南寧 530023）

1 傳統(tǒng)河流流量測次布局方法、面臨的挑戰(zhàn)及存在的問題

1.1 傳統(tǒng)布局方法

河流流量測次布局是根據(jù)水文站定線推流需求和水情變化情況進(jìn)行實測流量次數(shù)布局和實測的過程，是分析水位流量關(guān)系和研究水的運動變化規(guī)律的重要基礎(chǔ)工作。傳統(tǒng)的河流流量測次布局方法是基于駐測方式基礎(chǔ)上提出的。一般情況下，水文站一年中的流量次數(shù)，根據(jù)高、中、低各級水位的水流特性，測站控制條件、測驗精度，定線推流要求等綜合確定，要求能夠準(zhǔn)確掌握各個時期的水情變化、合理控制各級水位和水情變化過程轉(zhuǎn)折點[1]。

1.2 面臨的挑戰(zhàn)

河流流量信息是支撐水旱災(zāi)害防御、水資源管理、水生態(tài)保護(hù)等工作的重要基礎(chǔ)信息之一。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，對河流流量信息的及時性和準(zhǔn)確性需求日益增強。縣域是水文服務(wù)的基本單元，現(xiàn)代環(huán)境條件下如何對縣域內(nèi)多條河流、多個水文站的流量測次進(jìn)行合理布局，面臨著新挑戰(zhàn)。

（1）流量監(jiān)測站網(wǎng)擴大帶來多站點流量測次布局的新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的流量測次布局，往往只需要考慮單個水文站。隨著流量監(jiān)測站網(wǎng)的不斷擴大，縣域水文機構(gòu)的流量測次布局，需要統(tǒng)籌考慮人、財、物等資源，進(jìn)行縣域內(nèi)多條河流、多個水文站，尤其是洪水期流量測次的合理布局。

（2）流量監(jiān)測方式轉(zhuǎn)變帶來適量流量測次布局的新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的流量監(jiān)測方式是以駐測為主、巡測為輔。目前，由于流量監(jiān)測站網(wǎng)擴大和基層水文測驗人員不足，流量測驗方式已轉(zhuǎn)變?yōu)橐匝矞y為主、駐測為輔。單個水文站的流量測次布局，難以按傳統(tǒng)駐測方式進(jìn)行，需要考慮人力、時間、交通等因素，確定合適的測次數(shù)量。

（3）水量評價時效性需求帶來適時流量測次布局的新挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的流量監(jiān)測，主要為流量資料整編服務(wù)，時效性要求不高。而新時期的水旱災(zāi)害防御、水資源管理、水生態(tài)保護(hù)等工作，需要以實時或者旬、月為時間節(jié)點的水量評價成果服務(wù)，時效性要求較高。因此，水文站的流量測次布局需要統(tǒng)籌考慮提供水量評價時效性服務(wù)的需要。

1.3 存在的問題

相對于現(xiàn)代環(huán)境下的河流流量測次布局需求，傳統(tǒng)的河流流量測次布局方法主要存在以下三個方面的問題。

（1）難以定量布局流量測次。從布局依據(jù)看，傳統(tǒng)河流流量測次布局方法重點考慮水文站的水流特性、控制條件、定線推流要求等，只能對流量測次進(jìn)行定性把握；從布局要素看，重點考慮水情變化的轉(zhuǎn)折點，缺乏定量的依據(jù)、要素與方法，無法對水文站的流量測次進(jìn)行定量。

（2）難以事前布局流量測次。傳統(tǒng)的河流流量測次布局，主要依據(jù)水文站水情變化進(jìn)行確定，是一個漸次明朗的過程，無法在年初給出明晰的布局。流量測次布局的合理性，多為次年進(jìn)行的事后分析，難以實現(xiàn)事前控制。

（3）難以保障水量評價時效。傳統(tǒng)的河流流量測次布局，主要服務(wù)于水文站定線推流，其流量資料整編往往在次年的整編階段才能完成，無法滿足以實時或旬、月為時間節(jié)點的流量資料整編和水量評價需求。

基于以上主要問題，迫切需要對傳統(tǒng)的河流流量測次布局方法進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，形成一套概念清晰的、可定量的、能夠反映時間、水位和漲（落）水變化的流量測次布局方法。

2 基于三元均衡模式的河流流量測次布局理論與方法

2.1 三元均衡模式的河流流量測次布局理論

河流徑流是水文循環(huán)的一個重要環(huán)節(jié)，具有以年為周期的周期性變化規(guī)律和隨機性規(guī)律[2]。南方的河流徑流屬于雨源型，洪水期隨著降雨量的增減而增減；非洪水期則為水利工程調(diào)度或者地下水補給；同時反復(fù)呈現(xiàn)出漲（落）水過程，從而在一年內(nèi)的時間、水位和漲（落）水上呈現(xiàn)相對有規(guī)律的變化過程。因此，河流徑流具有明顯的時間、水位和漲（落）水變化的三元特性。

均衡是要素布局上等量的平衡。根據(jù)一般均衡理論[3]，各要素達(dá)到均衡狀態(tài)時，可以實現(xiàn)整體最優(yōu)和總體效益最大化。由于河流流量測次無法進(jìn)行連續(xù)的布局，在一年內(nèi)的時間、水位和漲（落）水變化上進(jìn)行河流流量測次的均衡布局，是最具代表性的，也最能反映河流徑流的變化過程。

在時間變化上，由于河床沖淤、變動回水等影響，水文站的水位流量關(guān)系具有不穩(wěn)定性和非單一線，往往需要使用臨時曲線法或者連時序法確定水位流量關(guān)系曲線[4]。因此，河流流量測次的布局需要在時間變化上分布均衡，以適應(yīng)不同時段的定線推流需求。

在水位變化上，由于降雨或者水利水電工程調(diào)度的影響，造成河流徑流水位反復(fù)漲（落），不同的水位有其相應(yīng)的斷面面積、流速、流量，需要確定相應(yīng)的水位流量關(guān)系。因此，河流流量測次的布局需要在水位變化上分布均衡，以適應(yīng)不同水位級的定線推流需求。

在漲（落）水變化上，由于水利水電工程調(diào)度和洪水的影響，漲水面與落水面具有不同的水文特性，低水期水位流量關(guān)系較為凌亂，中高水期水位流量關(guān)系多為復(fù)式繩套。因此，河流流量測次的布局需要在漲（落）水變化上分布均衡，以適應(yīng)漲水面和落水面的定線推流需求。

2.2 三元均衡模式的河流流量測次布局方法

三元均衡模式的河流流量測次布局方法，就是以一年內(nèi)的時間、水位和漲（落）水變化為基本要素，統(tǒng)籌考慮不同時間段、不同水位級和漲（落）水面進(jìn)行流量測次均勻布設(shè)，并輔以漲（落）水歷時、最大漲（落）率時間和水位變化情況進(jìn)行合理調(diào)整的河流水文站流量測次布局方法。在時間上，劃分為洪水期和非洪水期，每次洪水起漲點至止落點的時間段為洪水期，其余時間段為非洪水期；在水位上，劃分為低水位級和中高水位級，中水位以上為中高水位級，其余為低水位級；在漲（落）水上，劃分為漲水面和落水面，水位漲率大于零時為漲水面，小于零時為落水面。

（1）時間均衡布局。在非洪水期和低水位級，以時間變化為主、以水位變化為輔，統(tǒng)籌考慮漲（落）水變化情況，按適當(dāng)時間間隔、水位變幅間隔和漲（落）水過程，均衡布局水文站的流量測次。

式中：N1為非洪水期和低水位級布局的流量測次數(shù)量，按“向上取整”方法取整數(shù)，次/a；T1為非洪水期和低水位級的天數(shù)，d/a；Δt1為非洪水期和低水位級計劃布局流量測次的單個時間段天數(shù)，一般以30 d、20 d、10 d 為時間段，d；n為非洪水期和低水位級計劃布局流量測次的時間段個數(shù)，單一線型時n=1，個；ΔHi為非洪水期和低水位級第i個時間段水位最大變幅，m；Δhi為非洪水期和低水位級第i個時間段的流量測次水位變幅間隔，m。

（2）水位均衡布局。在洪水期和中高水位級，以水位變化為主、以時間變化為輔，以歷年最大水位變幅為控制，統(tǒng)籌考慮布局時段最大水位變幅預(yù)測值和漲（落）水過程，按適當(dāng)洪水水位變幅間隔，均衡布局水文站的流量測次。

式中：N2為洪水期和中高水位級布局的流量測次數(shù)量，按“向上取整”方法取整數(shù)，次/a；T2為洪水期和中高水位級的天數(shù)，d/a；Δt2為洪水期和中高水位級計劃布局流量測次的單個時間段天數(shù)，一般以單個洪水過程為時間段，d；m為洪水期和中高水位級發(fā)生洪水過程次數(shù)，單一線型時m=1，次/a；ΔHj為洪水期和中高水位級第j次洪水過程水位最大變幅，m。

（3）漲（落）水均衡布局。結(jié)合時間均衡和水位均衡布局，分別考慮漲水面和落水面的水位變化，以漲、峰、落、谷為重點，按適當(dāng)水位變幅間隔，錯落地均衡布局漲水面和落水面的流量測次。

（4）年總測次布局。河流水文站年內(nèi)布局流量測次總數(shù)等于非洪水期（低水位級）、洪水期（中高水位級）與年初（末）布局的流量測次數(shù)量之和。年初、年末布局的流量測次數(shù)量各按1次計。

式中：N為河流水文站年內(nèi)布局流量測次總數(shù)，次/a。

（5）流量測次水位計劃。河流水文站各時段流量測次的具體水位級，可以某時段水位變幅預(yù)測值和流量測次布局?jǐn)?shù)量為依據(jù)，參考以下公式確定，并依據(jù)時間和漲（落）率適當(dāng)調(diào)整：

式中：Hk為某時段第k次流量測次布局的水位，m；Hmin為某時段預(yù)測的最低水位，m；Δh為某時段預(yù)測的水位漲幅，m；q為某時段布局的流量測次，次。

3 基于三元均衡模式的河流流量測次布局的探討

從近年廣西河流水文站流量測次布局情況看，平均50～70次/（站·a），最多為180次/（站·a），最少為30 次/（站·a），均滿足流量測驗精度和定線推流要求。但是，部分水文站的流量測次布局還有待進(jìn)一步優(yōu)化，以有效地降低基層水文職工勞動強度，提高河流流量測驗工作效率。

某水文站近年流量測次布局為49～76次，2016年實測流量49次，水位變幅位于143.2～150.8 m 之間，按照三元均衡流量測次布局方法進(jìn)行分析，確定按水位年變幅1 次/0.3 m、漲（落）水面均衡測次、至少1 次/月，均衡布局流量測次26 次，水位流量關(guān)系線“三性”比較分析情況如表1所示。

表1 某水文站流量測次布局效果比較分析表

以上比較分析表明，按照三元均衡法進(jìn)行流量測次布局，在滿足流量測驗精度和定線推流要求情況下，某水文站流量測驗工作量可減少47%，有效地提高了流量測驗工作效率。

4 結(jié)語

（1）由于人類活動的影響和經(jīng)濟社會發(fā)展對水文信息需求的提升，大多數(shù)河流徑流已經(jīng)不是自然狀態(tài)，客觀上給流量測驗帶來了困難。本文提出的基于三元均衡模式的河流流量測次布局方法，較好地融合了河流徑流在時間、水位和漲（落）水變化的特征，為實現(xiàn)河流流量測次精準(zhǔn)定量提供了基礎(chǔ)方法。

（2）實例證明，利用基于三元均衡模式的河流流量測次布局方法進(jìn)行流量測驗，可以在滿足流量測驗精度和定線推流要求情況下，提高流量測驗工作效率，為現(xiàn)行水文站優(yōu)化測次提供了技術(shù)支撐。

（3）雖然基于三元均衡模式的河流測次布局方法總體解決了流量測次定量高效的問題，但在應(yīng)用上還需要結(jié)合水文站特性進(jìn)行具體分析和細(xì)化。針對新建水文站的流量測次布局，可以參照相似流域水文站進(jìn)行，并加強其自身特性分析與應(yīng)用。