洱海地表水资源监测系统规划设计评价

2011-04-30官邦锦英小勇

水利信息化 2011年1期

官邦锦，英小勇

（1.云南省水文水资源局大理分局，云南大理 671000；2.水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012）

0 引言

洱海是中国第 7 大高原淡水湖泊，属国家重点保护的水域之一。洱海是大理市重要的饮水水源地，同时，在农灌、发电、渔业、航运、旅游及调节和维护水生物多样性等方面都发挥着重要作用，是大理市生存和发展的重要物质基础。随着洱海区域经济社会的快速发展，洱海周边地区的工农业面源及生活垃圾污染，一度对其构成了严重威胁，洱海保护治理一度成为社会关注的焦点。

为保证大理市的供水安全，解决好兴利用水、水环境保护和防洪安全之间的矛盾，实现洱海保护治理的可持续发展，大理水文分局在开展大量的水文监测前期工作前提下，按照《水文站网规划技术导则》，提出了 1 套洱海地表水资源监测系统（以下简称监测系统）规划设计方案。因此，有必要对规划设计依据、内容、可行性、先进性、合理性进行分析，在综合评价基础上，总结经验教训，作为今后改进水文工程规划设计和立项决策的借鉴[1]。

1 监测系统建设概况

1.1 流域现状

洱海位于云南省大理市境内，属澜沧江流域黑惠江支流天然水域。流域面积 2565 km2，蓄水位1965.69 m 时，水域面积 248.55 km2，库容为28.80 亿 m3，湖岸线长 127.85 km。入湖河溪大小共 117 条，净入湖水量 7.641 亿 m3。西洱河是洱海惟一的天然出口河流，多年平均出湖水量 7.743 亿 m3；1994 年建成引洱入宾隧洞，多年平均引水量 0.622 亿 m3。

洱海流域属中亚热带西南季风气候，年平均气温 15.1 ℃，年平均降水量 1102.9 mm，5～10 月降水量占全年的 85.6 %，年平均日照 2276.6 h，生物资源十分丰富，是云南生物多样性分布比较典型的地区之一。目前，洱海水质总体控制在 Ⅲ 类以内，年内枯水期水质比丰水期好，箐口水质较入湖口好。

洱海流域现有国家基本水文站 2 个、水位站 2 个、雨量站 12 个、蒸发站 2 个、水质站 10 个。

1.2 规划设计要点

目前洱海流域水文站网布设不尽合理，功能不健全，监测信息化程度低，致使洱海水资源量计算精度较差，难以科学合理地实现水量调度和生态保护，为此提出洱海地表水资源监测系统。建设目标是通过水文站网优化调整，建设和利用现代通信技术手段、数据整理软件，建成科学、先进、高效、实用和功能齐全的水信息服务平台，为地方实施洱海综合治理保护提供水文信息、技术服务支撑，实现洱海水文测报现代化、水资源管理科学化。规划设计的重点，应放在对 3 个关系的处理上。

1.2.1 水文站网优化与水量控制的关系

水文站网优化调整是为洱海水资源量的计算精度和时空分布规律服务的。水文站网优化调整重点放在产水高值区、蒸发站点空白区和水质变化突出区的代表性上，分析的基础是炼城、下关、大关邑3 个水文（位）站，苍山中和寺等 10 个现有雨量站和水质站资料，以及 2004～2007 年洱海区域 26 条河流、33 个水文断面短期巡测资料。经过分析，认为高程在 2100 m 以上的高山雨量站严重不足，为此新增苍山电视台等 9 个雨量站，将雨量站网密度由213.75 km2/站提升到 122.14 km2/站；增加洱海西部的白石溪和东部的海东 2 个蒸发站，蒸发站网密度由 1282.5 km2/站提升到 641.3 km2/站；新增洱海 4 大水源区（弥苴河、苍山 18 溪、凤尾箐和海东箐、波罗江）上江尾、莫残溪、白石溪、阳溪、万花溪、波罗江 6 个水文（位）站，以及洱海出流的海东、污水处理厂 2 个水文站，水文站网密度由 855 km2/站提升到 233 km2/站；新增 7 个入湖水质站、2 个出湖水质站和 3 个大气降水监测站；在波罗江、白石溪、弥苴河 3 条河流上增设泥沙监测项目，泥沙与水量同步监测[2]。具体水文站网分布如图 1 所示。

1.2.2 站点布设条件与监测方式的关系

规划建设站点地处点苍山冲洪积扇前部和洱海湖积盆边缘，地质构造稳定，有 214 线、大丽路、大凤路等交通公路网，区域网络信号覆盖。苍山 18 溪水文站点均布设在箐口和入湖口处，其他水文站站点也布设在交通便利的地方。承担洱海水文监测工作的大理水文分局已建成水情自动测报系统，具有相应的人力和技术资源条件。规划设计方案应利用现有水文设施条件，合理布设站点，结合站点布设条件来制定水文监测方式。对于集水面积在 5～10 km2，河宽小于 6 m 的白石溪、万花溪站，流量、泥沙采用测桥施测；集水面积大于 10 km2的莫残溪、阳溪、污水处理厂、波罗江 4 个宽浅小河站[2]，流量采用悬杆缆道或走航式 ADCP 施测；引洱入宾人工渠道站采用固定式 ADCP 在线监测。监测方式采取水位、雨量遥测；流量采用巡测和在线监测；泥沙、蒸发量采用驻测；水质采取巡测方式进行。

1.2.3 设备稳定性与系统先进性的关系

图1 洱海地表水资源监测系统水文站网分布图

规划监测系统由 10 个遥测水位断面、19 个遥测雨量站、22 个水质监测点和 1 个遥测中心站组成。各遥测站通过 GSM 短信、有线电话网组成的通信信道，将自动采集到的水位、雨量等信息，传输到遥测中心站，遥测中心站收集、整理各种信息后，通过水情信息平台完成共享、分发、分布式处理、成果入库，再通过网络实现对监测数据的各种应用、管理、发布等功能。遥测设备的适用性和性能决定着水文资料收集的准确性，在设备选型方面着重考虑了目前行业内部广泛推广的 OTT RLS 雷达水位计、气泡式水位计、多普勒流量仪和水面雷达测速仪，以及与南方水文整编软件相兼容的 RTU、传感器、太热能电池组等遥测设备，以满足洱海流域水资源管理与保护的需要，保证设备的稳定性。系统软件设计满足《国家防汛抗旱指挥系统工程总体设计报告》要求，保证了系统的先进性、合理性，其目的是改变以往靠人工收集水文数据的落后状况，扩大水情测报范围，提高洪水预警预报能力，实现应急决策的科学性、准确性。

2 规划设计评价

2.1 水文资料对站网布设的分析评价

洱海流域站网规划所依据的水文资料，下关水文站刊印有 62 年，炼城水文站有 56 年，大关邑水位站有 58 年，还有 10 个雨量站和 2 个气象站水文资料，满足 SL34-92《水文站网规划技术导则》系列年限要求。入湖代表性河流的精简也是通过 2004～2007年26 条主要入湖河流中 32 个监测断面、2500 多次流量泥沙监测资料分析得来的，规划布设的站点从水文资料收集方面来看，具有一定的代表性和准确性。

2.2 工程选址与合理性评价 [3]

1）规划雨量站中 63 % 的雨量站站址布设在苍山一带产水高值区、暴雨多发区和泥石流频繁地带，大部分处于大理市人口集中地带，其中增加了16 % 的高山雨量站点（海拔高于 2600 m），这种布设能更好地掌握洱海流域降水量的时空分布特性，为研究流域内山区小河的降雨径流变化规律，开展苍洱洪水预报和苍山生态保护与治理工作提供准确的水文数据。

2）从自然地理、水系、河流和流域特征分析，苍山 18 溪各河流形态及下垫面条件基本相似，分别在溪流箐口和入湖口处布设监测断面，未设站的河流，利用空间的内插或资料的移用进行分析计算，能有效分析区间人类活动对水质、水量的影响。一般河溪山箐口断面较入湖口偏僻，生活及交通条件也比较艰苦，但箐口断面能有效控制水量，人类活动影响程度也比较低，方便水账还原计算。出流控制断面选择在引洱入宾隧洞口和西洱河出口，站址条件较好，能采取遥测与巡测方式进行观测。

3）洱海湖面蒸发量以大理气象站为代表站，采用炼城水文站蒸发资料进行修正。规划新增了洱海东部和西部 2 个蒸发站点，测得的蒸发量能代表多雨区和少雨区蒸发量，站址选择具有一定的代表性。

2.3 工程建设规模评价 [3]

根据总体规划方案，新增加 9 个雨量站、3 个小河站、4 个辅助水文站、1 个水位站、12 个水质监测点设施设备，采取巡测、遥测与驻测方式，还利用现有水文中心站和水环境监测设备进行资料收集，避免水文设施重复投资，尽快发挥建设的最大效益。通过配置雷达水位计、压力式水位计、遥测终端、ADCP、手持式雷达测速枪等设备，节约了10 % 的土建工程投资，缩短了建设工期，减少了劳动强度，赢得更多时间从事水文分析研究。规划建设内容涵盖测验河段、水位、流量、降水、蒸发、泥沙测验设施建设和仪器设备配置等。建设规模满足 SL276-2002《水文基础设施建设及技术装备标准》[4]，总投资 685.95 万元，其中建筑工程费占总投资的 14.60 %，设备购置及安装费占总投资的75.46 %，独立费用占总投资的 2.53 %，基本预备费占总投资的 7.41 %，投资估算基本合理。

2.4 工程等级及设计标准评价 [3]

根据总体规划，站址及流量测验设施设计满足《水文基础设施建设实施意见》的要求，测验河段有堤防的白石溪、万花溪、波罗江、污水处理厂等 4 个站，能施测到堤防防洪标准水位的洪水，对于其他一般站能施测到 30 年一遇的洪水。

2.5 规划设计先进性评价 [3]

规划设计以“科学实用、高效可靠”为原则，采取常规监测与现代水文科技相结合，以信息采集为基础，水文自动测报系统为核心，以洱海流域水资源综合分析评价、水环境综合整治为主线，进行了系统地规划设计，满足洱海流域水资源管理、水环境保护和水生态安全等方面的需要，无论从设备的先进性还是从规划思路方面都具有一定的前瞻性和先进性。

2.6 工程运行管理评价

水文事业是水利事业的重要组成部分，属于社会公益性事业，其投资来源离不开地方政府的支持。规划设计中已明确建设各方的权利和职责，明确了由大理州水利局牵头，大理水文分局负责组建工程管理机构，依照国家相关规范具体负责实施；项目建成后交由大理水文分局负责运行管理。这种工程建设运行管理模式，符合国家对水文事业经费的投资渠道，有利于多渠道筹集资金，行使水文部门职责和充分利用现有水文部门资源，达到水文资料共享与有偿服务的最佳结合。

2.7 工程实施意见评价

规划设计提出分 2 期 4 年实施，1 期建设 2 个出湖水文站、1 个入湖水文站、1 个中心站和 15 个雨量遥测站，配置应急监测设备，1 期投资 465.38 万元；2 期建设 4 个入湖水文站、1 个水位站，配置大理州水环境分中心监测设备，2 期投资 220.57 万元。1 期项目的实施，解决了洱海出湖水量不清、总量不准的问题；2 期项目的实施，有利于研究洱海蓄变量、防洪与兴利、生态保护等问题的解决，最终实现洱海“水量可调度、水质可控制、生态可监测、洪水资源化、生物多样化、湿地持续化”的目标。工程实施意见明确，提出的分期建设意见具有可操作性。