薛俊英

（臨汾市水文水資源勘測(cè)分局 山西臨汾 041000）

0 引言

水文測(cè)驗(yàn)是水文工作的重要組成部分，水文測(cè)驗(yàn)成果直接應(yīng)用于水利規(guī)劃、水工程建設(shè)管理、防汛抗旱、水資源管理與保護(hù)工作中，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展所必需的重要指標(biāo)體系。水文站作為水文測(cè)驗(yàn)工作的具體實(shí)施機(jī)構(gòu)，承擔(dān)著降雨、水位、流量、泥沙等水文基礎(chǔ)資料的收集以及河道報(bào)汛任務(wù)。根據(jù)設(shè)站目的和任務(wù)以及所在河流特性，制定科學(xué)合理的測(cè)報(bào)方案，獲取準(zhǔn)確的水文數(shù)據(jù)，對(duì)水利事業(yè)的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義。

鄂河，黃河的一級(jí)支流，發(fā)源于鄉(xiāng)寧縣境東北部的油峰嶺，流經(jīng)鄉(xiāng)寧縣城，于鄉(xiāng)寧縣棗嶺鎮(zhèn)萬(wàn)寶山匯入黃河。鄂河作為鄉(xiāng)寧縣的母親河，在鄉(xiāng)寧縣水資源開發(fā)與利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、城市建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用。鄉(xiāng)寧水文站作為鄂河流域內(nèi)唯一的一座水文站，承擔(dān)著鄂河干流的水量、水質(zhì)以及泥沙的監(jiān)測(cè)任務(wù)，是鄉(xiāng)寧水利工程建設(shè)、水環(huán)境治理、水資源開發(fā)利用重要的資料來源，因此規(guī)范鄉(xiāng)寧水文站水文測(cè)驗(yàn)工作，制定科學(xué)合理的測(cè)報(bào)方案，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 測(cè)站特性

鄉(xiāng)寧水文站坐落在鄉(xiāng)寧縣昌寧鎮(zhèn)下縣村，站房位于鄂河左岸。該站控制斷面以上流域面積328 km2，河長(zhǎng)36.1 km，至河口距離36.9 km，流域平均縱坡13.3‰。

鄉(xiāng)寧水文站控制流域內(nèi)降水受地形的影響明顯，平川少，山區(qū)多。7—9月降雨量約占全年降雨量的60%左右，且多為暴雨。洪水主要由連續(xù)或短時(shí)強(qiáng)降雨誘發(fā)，且多為暴雨所致，多發(fā)生在7—8月份的主汛期。

鄉(xiāng)寧水文站洪水漲落急劇，水流速度大，含沙量大，從起漲到峰頂大多在1 個(gè)小時(shí)以內(nèi)，漲水段測(cè)驗(yàn)較困難，一般測(cè)驗(yàn)峰頂和落水階段。

2 設(shè)站目的及任務(wù)

鄉(xiāng)寧水文站是按照區(qū)域原則規(guī)劃的基本水文站，也是呂梁山南端，黃土階地區(qū)區(qū)域代表站。主要收集代表黃河沿岸黃土山區(qū)暴雨徑流資料。觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、水溫、岸上氣溫、冰情、降水量、蒸發(fā)、土壤墑情等，同時(shí)擔(dān)負(fù)著雨情、河道水情、土壤墑情的報(bào)汛任務(wù)。

3 測(cè)驗(yàn)斷面

測(cè)驗(yàn)河段順直，兩岸均筑有漿砌石護(hù)岸，左岸比右岸高約為2 m。左岸為吉河高速引線公路，右岸為耕地?；緮嗝嫦掠?00 m 處有一彎道，對(duì)測(cè)流具有控制作用。河床為砂礫石，沖淤變化不大。洪水溢過右岸漫灘，漫灘寬約200 m，均為農(nóng)田?；舅邤嗝嫔嫌渭s500 m 處左岸有一支流，流急沙大，洪水暴漲暴落。該站設(shè)有基本水尺斷面（兼比降中斷面）；上比降斷面（兼上浮標(biāo)斷面）；下比降斷面（兼下浮標(biāo)斷面）共3 個(gè)斷面，斷面間距50 m。測(cè)驗(yàn)平面圖見圖1。

4 測(cè)站設(shè)施

該站觀測(cè)項(xiàng)目主要有：水位、流量、泥沙、水溫、岸上氣溫、冰情、降水、墑情。其測(cè)驗(yàn)設(shè)施包括測(cè)驗(yàn)河段基礎(chǔ)設(shè)施、水位測(cè)驗(yàn)設(shè)施、流量測(cè)驗(yàn)設(shè)施、泥沙測(cè)驗(yàn)等。

圖1 鄉(xiāng)寧水文站測(cè)驗(yàn)平面圖

1）測(cè)驗(yàn)河段基礎(chǔ)設(shè)施

（1）基線樁：上、中、下三個(gè)，總基線長(zhǎng)100 m，位于左岸。

（2）斷面樁和斷面標(biāo)志牌：上、中、下斷面各有一組。

（3）水準(zhǔn)點(diǎn)：基BM 水準(zhǔn)點(diǎn)1 個(gè)、校BM 點(diǎn)3 個(gè)。

2）水位觀測(cè)設(shè)施

（1）直立式水尺：上比降斷面設(shè)水尺1 個(gè)；下比降斷面設(shè)水尺1 個(gè)；基本水尺斷面設(shè)水尺1 個(gè)。水尺編號(hào)從右岸開始依次編號(hào)。

（2）雷達(dá)水位計(jì)：水位計(jì)安裝在右岸基本斷面下游2 m 處，探頭高程9.60 m。

3）流量測(cè)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備

（1）建有測(cè)橋一座，安裝有鉛魚測(cè)流軌道系統(tǒng)一套，主要包括軌道、絞車、控制臺(tái)、鉛魚等。

（2）無(wú)線遙控雷達(dá)波數(shù)字化測(cè)流系統(tǒng)：包括測(cè)流纜道、雷達(dá)波定位測(cè)驗(yàn)流速儀，多普勒雷達(dá)波流速傳感器、步進(jìn)電機(jī)和高性能細(xì)分驅(qū)動(dòng)器、PLC、無(wú)線信號(hào)傳輸及內(nèi)置鋰電池，無(wú)線遙控?cái)?shù)字化處理器，計(jì)算機(jī)，無(wú)線遙控、儀器定位控制器及測(cè)流數(shù)字化處理計(jì)算軟件。

4）泥沙采樣儀器：瓶式采樣器。

5）降水觀測(cè)儀器：安裝有JZD02 型翻斗式和20 cm雨量器各一套。

5 水位級(jí)的劃分

鄉(xiāng)寧水文站所在河流為鄂河，為季節(jié)性河流，汛期河道常年有水，非汛期處于低水或河干狀態(tài)。根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-2015）4.4 以及鄉(xiāng)寧站歷史資料和現(xiàn)實(shí)特征，對(duì)水位進(jìn)行劃分，結(jié)果如表1 所示。

表1 鄉(xiāng)寧水文站水位級(jí)劃分結(jié)果

6 水位、流量測(cè)驗(yàn)方案

6.1 水位測(cè)驗(yàn)方案

鄉(xiāng)寧水文站配備有雷達(dá)自計(jì)水位計(jì)，在線測(cè)流系統(tǒng)和水位視頻監(jiān)控系統(tǒng)，都可實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)在線傳輸。根據(jù)《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50138-2010），當(dāng)河道水面較寬滿足自記水位計(jì)觀測(cè)條件時(shí)，采用自記水位觀測(cè)數(shù)據(jù)。如條件不能滿足觀測(cè)要求，采用人工觀測(cè)，非汛期2 段制，汛期6 段制，洪水期加測(cè)記錄完整水位變化過程。

6.2 流量測(cè)驗(yàn)方案

根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-2015）制定以下流量測(cè)驗(yàn)方法：

1）低水

非汛期及汛期的平水期，水位低于4.50 m 以下時(shí)，涉水施測(cè)，垂線布設(shè)參照表2。如基本斷面無(wú)法施測(cè)，在臨時(shí)斷面測(cè)流，臨時(shí)斷面要設(shè)斷面樁，垂線布設(shè)不得小于5 條，垂線布設(shè)要相對(duì)固定。

表2 流速儀法測(cè)流垂線布設(shè)方案

2）中高水

根據(jù)鄉(xiāng)寧水文站的洪水特性，在中高水測(cè)驗(yàn)方法的選擇上，優(yōu)先是使用鉛魚纜道施測(cè)，纜道測(cè)流根據(jù)測(cè)速方法的不同，又分為水深0.6 處測(cè)速和水面直接測(cè)速；其次采用無(wú)線雷達(dá)波纜道測(cè)流；第三為中泓浮標(biāo)法測(cè)流；第四為浮標(biāo)和流速儀法聯(lián)合測(cè)流。

（1）纜道測(cè)流

①水深0.6 處測(cè)速

a.用水文纜道定起點(diǎn)距、鉛魚測(cè)深，水深0.6 處相對(duì)位置測(cè)速。垂線布設(shè)見表2。

b.采用自動(dòng)鉛魚纜道進(jìn)行施測(cè)。

②水面測(cè)速

用水文纜道定起點(diǎn)距、根據(jù)大斷面查水深，水面位置測(cè)速。垂線布設(shè)見表2。平均水深小于3 m 水面流速系數(shù)選用0.80，平均水深大于3 m 水面流速系數(shù)選用0.92。

（2）無(wú)線雷達(dá)波施測(cè)

無(wú)線雷達(dá)波斷面參數(shù)要提前設(shè)置好，停泊點(diǎn)位為43 m，測(cè)流方向?yàn)槠瘘c(diǎn)距由小到大，測(cè)流垂線布設(shè)與中水時(shí)纜道測(cè)流垂線布設(shè)一致。計(jì)算整理時(shí)要繪制流速、面積分布圖，雷達(dá)波系數(shù)采用0.80。

（3）中泓浮標(biāo)法

洪水漲落急劇，一次測(cè)流起訖時(shí)間內(nèi)，水位漲落超過平均水深的20%，用中泓浮標(biāo)法，在中泓部位（起點(diǎn)距55～84 m）投放3～5 個(gè)浮標(biāo)，浮標(biāo)位置臨近，運(yùn)行正常，最長(zhǎng)和最短運(yùn)行歷時(shí)只差不超過最短歷時(shí)10%的浮標(biāo)應(yīng)有2～3 個(gè)，中泓浮標(biāo)系數(shù)選擇0.67。

（4）浮標(biāo)和流速儀法聯(lián)合施測(cè)

洪水漫灘后，如主流部分流速較大、漂浮物較多用浮標(biāo)法測(cè)流，漫灘部分流速較小用流速儀測(cè)流。浮標(biāo)系數(shù)選擇0.82。

3）特大洪水

如有條件使用中高水測(cè)驗(yàn)方案，則優(yōu)先使用，如無(wú)法使用，采取比降面積法施測(cè)。

比降面積法的使用，首先觀測(cè)上下比降水尺，計(jì)算比降，糙率選用0.030，計(jì)算洪峰流量，公式如下：

式中：Q為基本斷面流量，m3/s；V為基本斷面流速，m/s；A為基本斷面面積，m2；S為河道斷面比降；Zu為上比降斷面水位，m；Zl為下比降斷面水位，m；L 為上、下比降斷面距離，m；n 為河道糙率；r 為水力半徑，m。

7 泥沙測(cè)驗(yàn)方案

針對(duì)鄉(xiāng)寧水文站河道洪水暴漲暴落的特性以及《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB/T 50159-2015）制定適用于本站的泥沙測(cè)驗(yàn)方案。

單沙測(cè)次的布設(shè)：洪水期每次在洪水上漲段取3～5 次，落水段取5～7 次，峰頂附近取2～3 次。洪峰重迭，水沙峰不一致或含沙量變化劇烈時(shí)，應(yīng)增加測(cè)次。

取樣方法：采用瓶式采樣器取樣，單沙取樣位置水邊一點(diǎn)。相對(duì)水深位置0.6。

8 水情報(bào)汛

鄉(xiāng)寧水文站水情報(bào)汛方案根據(jù)山西省水文水資源勘測(cè)局水情信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)情況實(shí)行水位數(shù)據(jù)通過自記水位計(jì)終端直接向省水文局水情中心遙測(cè)平臺(tái)上報(bào)。

流量數(shù)據(jù)非汛期采用易信通APP 手機(jī)報(bào)汛軟件僅上報(bào)旬月報(bào)及當(dāng)日水雨情。汛期水雨情日?qǐng)?bào)均采用易信通數(shù)據(jù)自動(dòng)報(bào)汛。當(dāng)易信通APP 手機(jī)報(bào)汛軟件，通訊不暢改用手機(jī)軟件人工報(bào)汛并及時(shí)與水情科電話校核。旬月報(bào)采用易信通APP 手機(jī)報(bào)汛軟件人工報(bào)汛。多種報(bào)汛方式相結(jié)合，保障水雨情信息及時(shí)上報(bào)。

9 結(jié)論

本文從鄉(xiāng)寧水文站所在河流特性、測(cè)驗(yàn)設(shè)施以及測(cè)驗(yàn)斷面的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)鄉(xiāng)寧水文站歷年實(shí)測(cè)系列資料劃分出了水文測(cè)驗(yàn)的水位等級(jí)，并針對(duì)不同的水位等級(jí)提出了鄉(xiāng)寧水文站的水位、流量測(cè)驗(yàn)方案；針對(duì)鄉(xiāng)寧水文站的水沙特性，提出了泥沙測(cè)驗(yàn)方案；根據(jù)山西省水文水資源勘測(cè)局的水情信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)情況提出了鄉(xiāng)寧水文站的報(bào)汛方案。