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        望寶山水文站“一站一策”方案編制探析

        2020-06-11 03:08:46揚(yáng)
        黑龍江水利科技 2020年5期
        關(guān)鍵詞:寶山測站水文站

        楊 揚(yáng)

        (遼寧省盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務(wù)服務(wù)中心,遼寧 盤錦 124000)

        1 基本情況

        1.1 測站位置

        望寶山水文站屬于遼河流域渤海岸水系大清河,測站位置位于遼寧省蓋州市團(tuán)甸鎮(zhèn)賈屯村,E122°27'37.0″、N40°25'37.5″,設(shè)立于1959年1月1日,是大清河上唯一的水文站。集水面積1070 km2,,距河口距離30 km,距河源70.7km。是國家基本水文站,也是大清河干流的重要控制站及水量標(biāo)志站,擔(dān)負(fù)著為水資源管理調(diào)度,防汛抗旱,探索大清河上游水文水資源變化規(guī)律等方面的重任。

        1.2 河段特點(diǎn)

        測驗(yàn)河段順直,長度約500m,水流自東向西而流過,左岸為砂卵石陡坡,右岸為陡岸護(hù)堤,U形斷面,主河床由細(xì)沙和卵石組成,河段平均比降1.1‰;基本水尺斷面設(shè)于站房邊,站房位于基本水尺斷面附近;基上約330m處有后洪大橋,對本站水位流量關(guān)系有一定影響。

        1.3 斷面情況

        測驗(yàn)河段順直長度約500m,下游有彎道。主河床由細(xì)沙和卵石組成,右岸是陡岸護(hù)堤,左岸為砂卵石陡坡。中、高水時河床有沖淤變化較大。河槽為U型河槽,無水流擺動及漫灘情況。測驗(yàn)斷面共設(shè)有基本水尺斷面兼流速儀測流斷面及浮標(biāo)中斷面、流速儀測流“纜道”斷面基上37m、比降上、下斷面,測驗(yàn)斷面寬250m。

        測站河段河槽發(fā)生較大洪水時,漲沖落淤,年際變化表現(xiàn)為大水年份沖刷,小水年份淤積,流量>2000m3/s時沖刷加劇,沖淤變化主要在起點(diǎn)距60-200m范圍內(nèi),歷年斷面最大沖刷深度10.83m,平均沖刷3.57m,斷面水面寬變幅在190-229m之間。

        基上、下(100m)處分別為浮標(biāo)上、中、下斷面;基上37m處為水文纜道測流斷面,基上100m處為上比降斷面,基下100m處為下比降斷面,左、右岸堤防高程分別為9.34m、9.96m。

        望寶山水文站不同年份實(shí)測大斷面套繪見圖1。2010年到2019年汛前河道處于沖刷狀態(tài)。2012年8月的大水過后,河道最大沖刷深度2.50m,平均沖刷深度1.60m,2012年7月26日以前與2006年比較,沖淤基本處于平衡狀態(tài);2012年8月4日,大清河發(fā)生了4020m3/s的歷史最大洪水,從8月3日斷面圖看出:經(jīng)過7月30日洪水沖刷,最大沖刷深度1.87m,斷面平均沖刷深度0.65m。綜上所述,大清河望寶山段大水年份沖刷,小水年份淤積,長期看基本處于動平衡狀態(tài)。望寶山水文站多年來斷面有沖淤變化,形狀有較大的變化,河槽寬度基本不變,平面上基本無橫向的擺動,河道橫斷面形態(tài)基本穩(wěn)定。

        圖1 望寶山水文站不同年份大斷面套繪圖

        2012年汛后至2018年汛前未發(fā)生3000 m3/s以上洪水過程,近年來,望寶山水文站測驗(yàn)河段內(nèi)已經(jīng)停止采沙活動,也沒有大的工程建設(shè)項(xiàng)目,對該站近五年的大斷面進(jìn)行套繪,可以看出,沖淤變化較小,沖淤基本平衡,斷面基本穩(wěn)定。

        2018年汛期出現(xiàn)長期3000m3/s洪水過程,從2018年斷面套繪圖可以看出,8月26日前,斷面起點(diǎn)距75-100m發(fā)生輕微淤積,最大淤積0.47m,起點(diǎn)距110-150m斷面穩(wěn)定,無大的沖淤變化,起點(diǎn)距160-180m發(fā)生沖刷,最大沖刷0.37m,起點(diǎn)距190-220m發(fā)生輕微淤積,最大淤積在0.48m,整個對面呈現(xiàn)輕微淤積變化。8月26日,全斷面發(fā)生沖刷,起點(diǎn)距75-190m沖刷在1.0m以上,160-170m最大沖刷1.5m。斷面見圖2。

        圖2 望寶山站2012年大斷面圖

        1.4 水沙特性

        1.4.1 測站水沙特性

        望寶山水文站洪水主要來自石門水庫及西大清河以上干支流,洪峰呈矮胖形,歷時較長,過程長達(dá)10-20日,時間發(fā)生在7月末-8月初。沙量主要來自石門水庫及西大清河,多集中在7-8月。一般情況下水沙峰相對應(yīng),大沙多發(fā)生在干流流量最大時,較大沙峰歷時較短,從起漲到落平一般只有2-3d或更短。該站洪水多來源于中上游山區(qū),洪水漲落急劇,水沙峰相應(yīng),低水流量關(guān)系較差,中、高水呈單一曲線。大水年份1981、2012、2018年,由于斷面沖刷,關(guān)系線為漲水和落水兩條關(guān)系線,洪水過后,關(guān)系線趨于穩(wěn)定。單斷沙關(guān)系為45°線。該站多年年徑流量、輸沙量過程線見圖3。

        圖3 望寶山水文站歷年年徑流量、年輸沙量過程線

        1.4.2 水沙特性分析

        通過分析比對2000年以來徑流量、含沙量變化趨勢,結(jié)合徑流量分布情況,分別選取2010年和2012年作為該站的豐水代表年、2018年和2019年作為平水代表年、2015和2017年作為枯水年。

        表1 流量與含沙量天數(shù)統(tǒng)計(jì)表

        依據(jù)對典型年分析結(jié)果,200m3/s流量基本控制的天數(shù)占全年的比例90%左右,符合該站以中低水為主的水沙特性,故100m3/s作為中水標(biāo)準(zhǔn)值具備一定的參考性。

        多年來,八師天業(yè)集團(tuán)熱電產(chǎn)業(yè)工會始終堅(jiān)持緊緊圍繞企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營工作,積極開展技能大賽和勞動競賽,組織動員職工參與創(chuàng)新實(shí)踐,不斷提升職工技術(shù)技能,釋放和激發(fā)職工創(chuàng)新活力,以組織開展崗位練兵、技能比武等活動為抓手,在全產(chǎn)業(yè)掀起學(xué)技術(shù)、比技術(shù)、鉆技術(shù)的熱潮。在廣大干部職工中培育勤學(xué)善思、精益求精的“工匠”精神。

        石門水庫運(yùn)用后,減少了下游沙量,近年來由于河道治理和下墊面的改變,含沙量逐年減少,近5年均值與多年均值相比,年平均輸沙量減少80.7%,2000年以來1-3月、12月時段輸沙量小于多年平均年輸沙量的3.0%,且來沙時間主要集中在高洪期間。

        2 測站定位及測驗(yàn)方案

        2.1 測站定位

        按照水文測站功能評價相關(guān)規(guī)定辦法,綜合考慮水災(zāi)害防御和水資源管理相關(guān)服務(wù)對象要求[1],結(jié)合測站設(shè)站目的,對望寶山水文站測站功能評價賦分情況見表2。

        表2 望寶山水文站功能評價賦分表

        經(jīng)以上評估分析,望寶山水文站功能定位基本為:水災(zāi)害防御服務(wù)、水資源管理服務(wù)為主,同時要兼顧水生態(tài)監(jiān)測服務(wù)。鑒于該站為大清河下游干流的重要控制站,大清河下游重要的水量標(biāo)志站,水災(zāi)害防御、水資源管理地位十分重要,且洪水主要發(fā)生在主汛期,同時考慮到中低水控制時間長,月內(nèi)流量受上游水庫調(diào)度影響變幅大,監(jiān)測任務(wù)繁重,故將該站定位為全年駐測站。

        2.2 測驗(yàn)任務(wù)新要求

        根據(jù)上述新定位,該站要在確保有效施測的同時,結(jié)合先進(jìn)設(shè)備應(yīng)用條件,可進(jìn)一步優(yōu)化測驗(yàn)任務(wù),減少駐測人員勞動強(qiáng)度。主要測驗(yàn)任務(wù)新要求為:水位觀測應(yīng)能完整控制水位變化過程,滿足報汛和整編要求;流量應(yīng)基本實(shí)現(xiàn)洪水過程控制、超標(biāo)洪水預(yù)警,輸中低水需滿足水資源管理要求;泥沙測驗(yàn)任務(wù)應(yīng)保證精度要求,輸沙率測驗(yàn)應(yīng)保證沙峰過程。

        2.3 測驗(yàn)方案

        根據(jù)測站新定位和測驗(yàn)任務(wù)新要求,結(jié)合測站常年流量和輸沙量,充分考慮當(dāng)前主流測報技術(shù)手段,分要素分時段確定測驗(yàn)方案如下:

        2.3.1 水位及比降觀測

        測站現(xiàn)有雷達(dá)水位計(jì)觀測范圍在4.30-9.80m之間,不能滿足全天候每6min水位觀測,中高水滿足全天候每6min水位觀測,低水采用人工水尺日常觀測;新增安裝視頻監(jiān)控一套,隨時觀看河道情況;

        2.3.2 流量測驗(yàn)

        中低水:利用已安裝纜道測流系統(tǒng),作為基本測驗(yàn)方式,低枯水時采用流速儀涉水施測。

        高水:纜道測流系統(tǒng)作為基本測驗(yàn)方式,傳統(tǒng)浮標(biāo)及電波流速儀作為備用測驗(yàn)方案。

        2.3.3 單沙

        在基本測流纜道斷面上,使用瓶式采樣器一點(diǎn)法取樣。

        2.3.4 輸沙率

        按照任務(wù)書在纜道上施測單沙,并進(jìn)行處理分析。

        2.3.5 降水

        液態(tài)降水時段(5-10月)采用固態(tài)存儲雙翻斗雨量計(jì)觀測。固態(tài)降水時段(11 月-次年4月)采用稱重式雨雪量計(jì)觀測。

        2.3.6 視頻監(jiān)控

        站院視頻監(jiān)控:重點(diǎn)對站房安防進(jìn)行整體監(jiān)控;斷面視頻監(jiān)控:對斷面及上下游水情進(jìn)行全天候監(jiān)控,以及雷達(dá)水位計(jì)等監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行工況。

        2.3.7 通信傳輸方案

        水位文本數(shù)據(jù)以GPRS通信為主,遠(yuǎn)傳至水文監(jiān)控中心,本地同時存儲;視頻數(shù)據(jù)只在本地存儲,水文測控中心通過專線方式,訪問本地硬盤錄像機(jī),讀取視頻數(shù)據(jù)。望寶山水文站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖4。

        3 現(xiàn)狀與存在問題

        3.1 現(xiàn)狀

        3.1.1 設(shè)施設(shè)備情況

        水位觀測主要依托人工及雷達(dá)水位計(jì)觀測,直立式水尺校核;流量測驗(yàn)低、中、高水主要依靠纜道、電波流速儀、浮標(biāo)測驗(yàn)手段[3];泥沙測驗(yàn)采用瓶式采樣器在纜道上取樣,過濾稱重法處理,電子天平稱重。降水觀測使用自記雨量計(jì)、翻斗式雨量計(jì)及稱重式雨雪量計(jì)。

        水位數(shù)據(jù)由斷面RTU傳至服務(wù)器,測站通過訪問WEB應(yīng)用進(jìn)行摘錄;測站現(xiàn)有為聯(lián)通普通100M網(wǎng)絡(luò)專線?;舅邤嗝娼ㄓ懈咔鍞z像頭2處,視頻數(shù)據(jù)本地存儲,水情中心通過專線,訪問測站硬盤錄像機(jī),讀取視頻數(shù)據(jù)。

        圖4 望寶山水文站拓?fù)鋱D

        3.1.2 建設(shè)外部條件

        該站位于遼寧省蓋州市團(tuán)甸鎮(zhèn),位于平原地帶,交通便利;屬地市政基礎(chǔ)設(shè)施完備,已接入市網(wǎng)供電,供水接入蓋州市供水集團(tuán)管道,基本滿足生產(chǎn)生活需要;附近移動、電信、聯(lián)通等運(yùn)營商信號全面覆蓋,已接入互聯(lián)網(wǎng),基本滿足各類通信數(shù)據(jù)傳輸要求。

        3.2 存在問題

        通過現(xiàn)狀分析,結(jié)合測站新測驗(yàn)方案的需求,存在問題如下:

        1)生產(chǎn)業(yè)務(wù)用房建于1997年,圈梁斷裂,存在安全隱患。

        2)雷達(dá)水位計(jì)觀測平臺不能滿足中低水水位觀測,不能滿足全天候水位在線觀測,需要挪移雷達(dá)水位計(jì)觀測平臺。

        3)比降觀測采用人工觀測,需要在上、下比降增加自動觀測和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

        4)流量測驗(yàn)均為老式測驗(yàn)手段,應(yīng)增加流量在線觀測設(shè)施,以滿足水文現(xiàn)代化要求。

        4 建設(shè)目標(biāo)與任務(wù)

        4.1 建設(shè)目標(biāo)

        根據(jù)前述明確的測站定位和擬定的測驗(yàn)方案,確定望寶山站建設(shè)目標(biāo)為:管理模式為全年駐測站;建設(shè)水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)自動測報,輸沙率從管理手段入手。

        4.2 建設(shè)任務(wù)

        通過問題分析,以問題為導(dǎo)向,確定測站建設(shè)任務(wù)如下:①站房圈梁改造:②辦公軟件、防火墻數(shù)據(jù)庫的軟件。③雷達(dá)水位計(jì)觀測平臺不能。滿足中低水水位觀測,不能滿足全天候水位在線觀測,需要挪移雷達(dá)水位計(jì)觀測平臺。(4)流量測驗(yàn)均為老式測驗(yàn)手段,應(yīng)增加流量在線觀測設(shè)施,以滿足水文現(xiàn)代化要求。

        5 結(jié) 語

        近幾年由于水文事業(yè)快速發(fā)展,水文監(jiān)測在水旱災(zāi)害防御、服務(wù)社會等方面一直發(fā)揮著重要的技術(shù)支撐作用。為全面貫徹黨的十九大精神,堅(jiān)持執(zhí)行節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力的十六字治水思路[4],堅(jiān)決貫徹“水利工程補(bǔ)短板、水利行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管”的總基調(diào),同時現(xiàn)代水文監(jiān)測體系作為全面推行河長制工作的一項(xiàng)重要基礎(chǔ),為使其更好的服務(wù)于河長制工作,現(xiàn)階段應(yīng)對自身提出更高要求。結(jié)合水利部水文司2019年開展的水文現(xiàn)代化建設(shè)規(guī)劃編制內(nèi)容及未來發(fā)展規(guī)劃,開展水位站的“一站一策”方案編制工作。

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