蘇國臣

（河北省張家口水文勘測研究中心，河北 張家口 075000）

水文站是觀測并搜集河流、湖泊、水庫區(qū)域水流、氣象變化信息的水文測驗機構。通過水文測驗，系統(tǒng)性地收集并整理水文資料，最終對一個地區(qū)的水資源情況進行整體評價，為相關工程的合理開發(fā)、設計、施工、管理運行、防旱防澇等工作提供強有力的數(shù)據(jù)支持。水文站開展水文測驗工作一般需要按照地理分布，完成水文站網(wǎng)的建設。在此基礎上，結合水域徑流等特點，最終整理出精確程度較高的結果。但近年來，由于在水域附近建設的水利工程數(shù)量增多，水文站的水文測驗工作在不同程度上受到了影響，需予以重視。

1 農(nóng)村水利工程對水文站水文測驗工作造成的影響

1.1 水流域徑流變化對水文站水文測驗工作造成的影響

水文測驗工作的主要內(nèi)容包含三點：其一，通過收集各項水文要素，完成水文站網(wǎng)的建立和調(diào)整[1]；其二，在長年連續(xù)地觀測并收集各項水文要素變化規(guī)律之后，研制出高精度水文測驗的設備；其三，針對水流域徑流附近的某些區(qū)域進行定期巡回測驗，確定枯水期和冰凍期的流量，為防洪、防旱等工作提供數(shù)據(jù)[2]?？傮w而言，水文測驗工作必須根據(jù)水流域的徑流情況進行長期跟蹤、收集，在與歷史同期數(shù)據(jù)進行比對之后，總結出水流域流量的動態(tài)變化情況。但為了更加全面地應用水資源（不僅僅是應用水，更重要之處在于應用大量水流產(chǎn)生的機械動力，以實現(xiàn)水力發(fā)電、水利灌溉等目的），水利工程應運而生。如舉世矚目的三峽工程成功建設之后，將長江中豐富的水資源最大化地運用，使得水力發(fā)電成為了我國發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。但水利工程的建設在很大程度上破壞了水流域的自然特性，水流域內(nèi)的徑流情況發(fā)生了明顯的變化。比如一些水利工程建設后的主要功能為根據(jù)水流域上下游的水情變化調(diào)整蓄水方案，在不同程度上控制水流速度；又比如在水流域平均水位相對較低的時節(jié)，上游水利工程需要提高水流量，保證流向下游每一條分流的水量均符合實際條件（整體流量應保持平緩狀態(tài)）。如果下游處于暴雨天氣情況下，則上游的水利工程應該提高蓄水量，避免下游河流水量過高而溢出，進而對沿岸人民的正常生活造成影響?？傮w來看，水利工程的存在嚴重“擾亂”了水流域徑流的自然變化，導致歷史水文測驗結果（指水利工程建設之前）與現(xiàn)時水文測驗結果之間存在很大的出入，造成一致性、重合性偏低。受此影響，水文站歷史水文資料的應用價值大幅度降低。

1.2 對水文站網(wǎng)建設造成的影響

水文站網(wǎng)是根據(jù)水文地理信息建設而成的水文動態(tài)信息測驗網(wǎng)絡。受水利工程的影響，水文站網(wǎng)會在下列幾方面受到影響：其一，如果水利工程恰好建設在水文控制面之上，則天然的水流規(guī)律必定會在不同程度上受到破壞，之后獲得的水文資料的真實程度會大幅度降低，甚至完全失去應用價值[3]。其二，如果水利工程建設在水文站網(wǎng)的控制面之下，則水文測驗工作開展位置將會被迫調(diào)整到回水區(qū)。此種變化將會極大地增加水文測驗工作的難度，獲得的數(shù)據(jù)在可靠性方面會大幅度降低，甚至使已經(jīng)建成的水文站網(wǎng)完全失去應用價值。其三，一些水流域建設了不止一個水利工程，在水流域上下游多處設置了閥門。由此造成的結果是，在收集到一些水文數(shù)據(jù)之后，技術人員一時之間難以判斷水流域不同位置閥門處于開放狀態(tài)還是關閉狀態(tài)，導致相關數(shù)據(jù)是否應該正常記錄成為不確定事件。為解決該類問題，一些水文站采用的方法是：沿著水流域設置多個測驗點，每當獲得一些數(shù)據(jù)，就根據(jù)多個測驗點實時反饋的信息，圍繞相關數(shù)據(jù)，按照一定的流程進行處理。由此可見，水利工程的建設令基于水文站網(wǎng)的水文測驗工作難度、復雜程度大幅度提升，情況嚴重時甚至令水文測驗工作完全無法開展。

2 基于實例分析農(nóng)村水利工程對水文站水文測驗工作造成的具體影響

2.1 某農(nóng)村地區(qū)水流域、水文站基礎信息

本文分析的水文站位于我國安徽省的農(nóng)村地區(qū)，對應的水流域的基本情況為：該水流域位于安徽省境內(nèi)長江流域附近，在整體位置方面，與長江形成“回水頂托”的形態(tài)[4]。水流域集水面積共計435平方千米，上游河道源流短且水流速度較快，歷史水文數(shù)據(jù)顯示，每當出現(xiàn)強降雨時，上游水位在短時間內(nèi)會迅速暴漲，水流量明顯增強；下游流域整體呈現(xiàn)出水網(wǎng)分布態(tài)勢，整體水流量比較平緩。每當該段長江水位增高時，如果不能有效泄洪，則該水流域附近極其容易發(fā)生洪澇災害。本文分析的水文站建設在該水流域上游區(qū)域，建設目的是為水流域沿線防澇防旱及水資源高效應用等收集水文信息。

2.2 該農(nóng)村水文站附近的水利工程情況

該農(nóng)村水文站于2003年建成，至今約20年的時間內(nèi)，水流域中下游相繼建設了多座中小型水利工程，包含：中等規(guī)模水庫1座，建設位置在水文站水文測驗斷面之上（該水庫所在地同時建設了自來水廠，供應該地區(qū)農(nóng)村自來水）；小規(guī)模水庫6座，均建設在水流域附近；中等規(guī)模液壓攔河壩1座，建設在距離水文站上游約900米之處；下游建設1座橡膠壩。

2.3 水利工程對該水文站水文測驗工作造成的影響

2.3.1 農(nóng)村水文站的基本工況

該農(nóng)村水文站設定的斷面以上集水面積總計130平方千米，屬于水文三類精度站。長年測驗的河段均為人工開鑿的河道，水面寬度最低值為40米，最高區(qū)段達到83米。最近的工作記錄為：①由于測驗的河段整體呈現(xiàn)出“（相對）順直”的狀態(tài)，且沿水流域兩岸均使用砂材質(zhì)堤塊建設護岸設施，上方為沿水流域公路，下方為泥沙河床。因此，河段整體受上下游社會工程直接造成的影響較小。②目前采用的水文測驗方案共計兩種：其一，自動測量水流域測驗河段的降雨量，流量計算數(shù)據(jù)納入水文纜道記載數(shù)據(jù)以及流速儀測量數(shù)據(jù)；其二，在測驗斷面下游約100米處的公路橋附近，使用電波流速儀進行測量?，F(xiàn)實中水文測驗工作的基礎困難在于：受水文站上游的中等規(guī)模液壓攔河壩的影響（主要是泄洪影響），低于每秒2立方米的水流域小流量出現(xiàn)頻率為一年200天左右。但根據(jù)技術人員的反饋，水流域徑流流速經(jīng)常低至每秒0.02米之下，如此緩慢的水流速度對流速儀測量精度的要求極高，現(xiàn)有設備無法進行精確測驗。基于此，常規(guī)水文纜道配合流速儀的水文測驗方法幾乎不會收獲比較精確的水文信息。

2.3.2 水利工程建設后對水文站水文測驗工作造成的具體影響

第一，根據(jù)上文可知，該農(nóng)村地區(qū)水流域近20年以來共新建7座中小型水庫。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，7座水庫總計控制的水流面積為62.54平方千米，達到水文站總來水面積的一半。這些水庫的存在，直接造成攔蓄流域的面積大幅度提升，使得水流域的自然水文特性以及自然徑流關系發(fā)生了根本性的改變。在第一座水庫建設完成時，水文站水文測驗獲得的數(shù)據(jù)與第一座水庫尚未建設時相比，還存在一些重合之處；隨著水庫數(shù)量的增加，原始數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)之間的差異逐漸加大。當?shù)谄咦畮旖ㄔO完成后，水流域徑流流速已經(jīng)降到每秒0.02米之下，與20年前的數(shù)據(jù)幾乎沒有可比性。

第二，引水工程建設后產(chǎn)生的影響。選在水文站水文測驗斷面上游處建設的中等規(guī)模水庫（自來水廠），近年來的數(shù)據(jù)顯示：在建成初期，平均每年的引水量達到水流域多年來平均徑流量的14%；在其他水利工程建設、翻新之后，這一比例提升至23.9%，已經(jīng)嚴重超過“決定水文站網(wǎng)密度下限的水域平均年徑流特征值內(nèi)5%～10%的相對誤差”這一規(guī)定。

第三，對水流域周圍市政工程建設造成的間接影響。位于該水流域上下游的兩座堤壩原本的建設目的是為水流域沿岸農(nóng)村風景區(qū)帶來美感，并通過對水流域水流量的針對性控制，保證水流域沿岸不發(fā)生洪澇災害。但在多座水利設施建成之后，造成的負面影響包含但不限于：①按照常規(guī)水利設施調(diào)節(jié)水流域徑流的原理，水流域徑流速度的變化基本由水利設施中放水、蓄水閥門的開閉速度而決定。但本文納入分析的水流域中，相關水利設施的實際運行情況為流量測驗設施的運行速度與上下游兩個中型水利設施的啟閉速度無法完全契合。②當上下游附近市政工程因建設需要而導致水流域水利工程的調(diào)度出現(xiàn)協(xié)調(diào)性不足的問題時，水文測算工作經(jīng)常出現(xiàn)重復。③如果上下游的堤壩同時執(zhí)行關閘蓄水的指令時，水流域徑流速度降低的情況會進一步加劇，極端情況下甚至會導致人們?nèi)庋劭吹降木跋蟛⒉皇呛恿鳎穷愃朴陟o止狀態(tài)的湖泊。在此種水流域徑流速度低到極端的情況下，水文站水文測驗工作幾乎無法開展，儀器設備顯示的數(shù)值不具備任何參考價值。

筆者選取該農(nóng)村地區(qū)水流域2005年、2010年、2015年、2020年四個年份的水文測驗信息進行分析，具體情況如下：①四個年份的年徑流量分別為0.8829億立方米、1.514億立方米、2.172億立方米、1.018億立方米；②年平均降水量分別為1407.5毫米、2048.3毫米、1813.5毫米、1386.4毫米；③年徑流深分別為784.6毫米、1352.6毫米、1889.7毫米、1016.5毫米；④年徑流系數(shù)α的對應值分別為0.55、0.67、1.08、0.71。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看到，以5年為一個跨度，由于水流域的水利設施不斷增加，水流域的年徑流量、年徑流深、年降水量等數(shù)據(jù)均出現(xiàn)了較為明顯且不規(guī)律的變化。其中，年降水量與人類活動有直接關系。眾所周知，降雨實際上是自然界中水分從地表到空中再到地表的循環(huán)，一般水流充足的地區(qū)降雨量也較高。當水流域興建了多座水利設施之后，水流域的年整體徑流也許不會發(fā)生比較大的改變，但水分在自然界中的循環(huán)過程會被破壞，導致降水量出現(xiàn)極大的差異。此外，上述數(shù)據(jù)中的年徑流系數(shù)α在2015年的對應值超過“1”，此種情況不符合自然常理。經(jīng)過分析后認為，此種錯誤結果的原因是受水利設施數(shù)量增多的影響，水文測驗的精確度降低，加上水流域徑流量可能存在重復計算的情況，最終產(chǎn)生該結果。

3 減少農(nóng)村水利工程對水文站水文測驗工作影響的有效方式

筆者查閱有關資料，結合本文納入的農(nóng)村地區(qū)水流域水文站水文測驗工作情況、水利工程建設情況，認為現(xiàn)下改善當前局面的可行性方式為：在不拆除該水流域任何水利設施的前提下，該農(nóng)村水文站已經(jīng)失去了原本的作用——水文測算的水流域水位、降雨情況對附近農(nóng)村的防洪減災工作具有極其重要的意義，如果水文站長年測算的水文信息無法對目標水流域的各類情況進行真實反映，則有關水流域水資源時空分布定向建設等工作基本無法有效開展?；诖?，建議將該水文站的用途進行改變[5]。通過保留降水、水流域水位觀測等工作項目的方式，將該水文站轉變成一個專用的防汛觀察站。除了上述工作之外，在水流域進入汛期之后，應按照之前水文站測驗水文信息的標準，對水流域的水位、降水等情況進行系統(tǒng)性的觀察?？傮w而言，變更后的防汛觀察站不再連續(xù)性地收集水流域的水文信息，而是重點收集水流域的水位信息，將水位情況實時向有關部門匯報，以滿足周邊地區(qū)防汛預報預警的切實需要。除此之外的其他時段，凈流量測量工作完全停止。

4 結語

根據(jù)本文介紹的我國安徽某農(nóng)村水流域水利工程對水文站水文測驗工作造成影響的案例，可以得出如下結論：第一，水流域水利工程數(shù)量的增多確實會對水流域徑流的測驗以及水文站網(wǎng)的建設應用工作造成不同程度的影響，隨著水利工程數(shù)量的增多，影響呈現(xiàn)逐漸加大的趨勢。第二，水利工程數(shù)量增多的基礎上，如果出現(xiàn)水流域上下游水利設施協(xié)調(diào)性不足的情況，水文站水文測驗工作有極大可能出現(xiàn)重復測算數(shù)據(jù)的情況，會出現(xiàn)“水流域年徑流系數(shù)超過1”這種違背自然常理的結果。第三，當水流域的水利設施超過最大限度之后，水文站獲得水文信息的難度會大幅度增加，最終會陷入“無法獲得準確數(shù)據(jù)”的情況，此時水文站便失去了價值?？傮w而言，水利工程確實會對水文站水文測驗工作造成影響，在建設水利工程時應充分考慮到此種情況。