青海省中小河流雨量站建设探讨

马向东

（青海省水文水资源勘测局，青海 西宁 810001）

青海省中小河流雨量站建设探讨

马向东

（青海省水文水资源勘测局，青海 西宁 810001）

青海省是我国水旱灾害多发地区之一，特别是中小河流地区，由于受地形条件和河流特性影响，如遇局地暴雨即刻会引发洪水甚至是泥石流，极易成灾，造成人员伤亡和财产损失，制约了青海经济社会发展，特别是在水文监测系统方面仍存在站网不足、水文基础设施陈旧落后、水文测报能力与技术水平低、综合服务能力不高等问题，严重影响了水文为中小河流治理和山洪地质灾害防治服务的能力与水平。

2011年，中央一号文件明确了新形势下必须大力加强水利建设，要求“十二五”完成山洪灾害易发区预警预报系统建设，旨在提高中小河流水文信息采集、传输和洪水预报能力，为中小河流治理、山洪地质灾害防治、易灾地区生态环境综合治理提供更加及时、准确的水文信息支撑。

1 概况

青海省是长江、黄河、澜沧江的发源地，位于青藏高原东北部，总面积72.12万km2，境内河流众多，水系比较发育，集水面积在500 km2以上的河流有278条。南部和东部为外流水系，是长江、黄河、澜沧江三大江河的源头和上游段，由于降水相对较多，水系较发育，河网密集。西北部为内陆水系，因气候干旱少雨，河流短小而分散。全省地貌复杂多样，4/5以上的地区为高原。东部多山，海拔较低，西部为高原和盆地。全省平均海拔3 000 m以上，其中海拔3 000 m以下的地区约占全省总面积的26.3%；3 000～5 000 m的地区占67%；5 000 m以上的地区占5%。境内的山脉，有东西向、南北向两组，构成了青海的地貌骨架。地形分为祁连山地、柴达木盆地、青南高原三区。

青海省的气候属典型高原大陆气候，干燥、少雨、多风、缺氧、寒冷，地区间差异大，垂直变化明显。年平均气温-5.6～8.6℃，降水量15～750 mm。青海地处中纬度地带，太阳辐射强度大，光照时间长，年总辐射量可达690.8～753.6 kJ/cm2，直接辐射量占辐射量的60%以上，年绝对值超过 418.68 kJ。

青海省河流归属于黄河、长江、澜沧江和内陆河四大水系，内陆河又由柴达木盆地、青海湖、哈拉湖、茶卡-沙珠玉、河西内陆河和羌塘高原6个独立的水系构成。其中集水面积小于3 000 km2的中小河流约有3 500条，总的集水面积约50多万km2。根据调查，青海省集水面积在200 km2以上的河流共370条，其中黄河水系163条，长江水系85条，澜沧江水系21条，内陆河水系101条。

2 雨量站网现状

青海省现有雨量观测项目的有121站，站网密度仅为2 174 km2/站，站网密度远达不到《水文站网技术导则》规定的300 km2/站，更小于世界气象组织推荐的最稀密度的指标，且基本分布于大江大河及其重要支流上。有相当一部分集水面积在200 km2以上且有重要防汛任务的中小河流没有设立雨量站点和开展雨情监测工作，无法控制实时雨情信息；部分中小河流上虽设有雨量站点，现有雨量站绝大部分没有专用观测场、仪器房，观测以人工为主，固态存储雨计，内存较小，需2～3个月读取一次数据，无远传设备。也无法提供实时的水情信息服务，雨量资料的准确性、实效性得不到保证，导致中小河流洪水预报方案不成熟，不能满足洪水预测的要求。

3 布设原则及依据

根据降雨空间变化特性，一般按流域面积设置雨量监测站，雨量站布设原则为在100 km2以上的河流按平均100 km2流域面积设1个雨量站，100 km2以下50 km2以上河流设1个雨量站，50 km2以下的河流人口较密集的地区应设1个雨量站，暴雨中心区域的雨量站网要加密布设。

青海省年降水量为2 064亿m3，平均降水深285.6 mm。省内绝大部分地区降水量在500 mm以下。东南部及北部的祁连山、拉脊山降水较多，年降水量在500～700 mm之间。降水量最多的久治一带达767 mm。柴达木盆地平均降水量107.6 mm，年降水量变化范围为17.6～247.1 mm。降水量由东南向西北逐渐减少，降水量年内分配不均，主要集中在夏秋两季。连续最大4个月降水多出现在6—9月，占全年降水量的80%左右；11月至次年3月降水仅占年降水量的5%～10%。青海省东部农业区是暴雨多发区，具有暴雨强度大、历时短的特点，暴雨中心经常出现在3个比较固定的地区：一是拉脊山东段的北坡，即民和的古鄯～巴州一带；二是达坂山西段的南坡，即衙门庄～大通、上五庄一带；三是拉脊山南坡的尖扎～化隆、昂思多一带。75%以上的24 h降雨量在6h以内降完，最大1 h降雨量占24 h降雨量的30%～50%。50 mm次雨量等值线的面积，绝大部分在200～2 000 km2以内。短历时暴雨中心点的强度相当可观，有的可接近或超过南方地区。

内陆地区在特殊气象条件下，也会发生大暴雨乃至特大暴雨。1989年7月19日，柴达木盆地南部、东部和青海湖流域的西南部普降暴雨，持续8 h左右，暴雨区笼罩面积大，80 mm以上笼罩面积达5 437.5 km2。50～80 mm笼罩面积为50 562.5 km2，此次大暴雨产生的洪水，部分为200～300年一遇，基本系各水文站的首大和次大值。

青海省依据各地降水情况、人口分布状况及交通状况，规划在防洪减灾重点区域的黄河、内陆河、长江及西南诸河流域共规划雨量站405处（其中新增雨量站330处，改建雨量站75处）规划区域内雨量站密度由2 174 km2/站提高到400 km2/站。新建水情信息中心7处（省中心1处、分中心6处）。

4 雨量遥测站设备组成功能及技术要求

1）雨量遥测站设备组成、功能。自动监测雨量站以遥测终端为核心，配置翻斗式雨量传感器、通信终端、电源系统以及避雷系统，实现雨情信息的自动采集和自动传输。雨量自动监测站采用太阳能浮充蓄电池方式供电。

遥测雨量站具有以下功能：可定时或实时自动采集雨量参数，采样间隔可设定；能按定时或事件自报方式发送数据；具有现地或远地编程能力，可设置参数，改变路径，读取数据；可响应召测，接收来自测控中心的召测指令，根据指令要求将当前值，或将过去的记录值，或将所有存贮的数据通过指定的信道或指定的路径发送；具有工况报告功能。

2）遥测终端应满足以下技术要求：具有自动采集水位、雨量的功能；具有定时自报和响应召测兼容的工作体制；具有人工置数接口，实现人工键入信息的发送；具有与卫星、GSM/GPRS两种信道相连的接口；环境条件为工作温度－10～45℃，工作湿度不大于95%(40℃)；可靠性指标，在正常维护条件下，设备的MTBF≥25 000 h。

3）供电要求。为保证自动监测站设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、稳定、正常的工作，自动监测站终端及通信设备采用太阳能板浮充蓄电池直流供电方式。

4）防雷要求。传输通信系统的防雷设计主要针对自动监测站及数据接收处理平台的监测设备、通信信号线、传感器、电源等单元予以进行，交流供电线应安装泄放电流大、响应速度快的避雷器，避雷器的泄流能力不小于10 kA；自动监测站避雷接地电阻应小于10 Ω。

5 遥测雨量站设备选型

1）自记雨量计选用原则：按照降雨量观测规范规定，需要控制雨日地区分布变化的雨量站应记至0.1 mm；不需要日雨量资料的雨量站，可记至0.2 mm；多年平均降水量大于400 mm、小于800 mm地区，如果汛期雨强特别大，且降水量占全年60%以上，亦可记至0.5 mm；多年平均降水量大于800 mm的地区可记至1 mm。由于青海省降水量最多的久治一带年降水量为767 mm，因此对雨量测量精度要求较低，可以选择分辨率0.2 mm雨量计。0.2 mm分辨率雨量计更能适应青海省的需要。综上所述，选用雨量观测设备为分辨率0.2 mm的翻斗式雨量计。

2）自记雨量计主要技术指标：承雨口，内径φ200+0.600 mm、外刃口角度 40°～45°；雨量分辨力，0.2 mm（JDZ01 全锈钢系列）；降雨强度测量范围，0.01～4 mm/min；翻斗计量误差，不大于±4%；（室内人工模拟降雨条件下，以自身排水量为准进行考核）；输出信号，开关接点通断信号；单触点输出，单个干簧管，通断脉冲；双触点转换输出，两个干簧管，常态时一通一断；开关接点容量，DCU≤24 V，I≤120 mA；接点工作次数，1×107；工作环境，温度 0～＋50 ℃；空气相对湿度不限。

6 遥测雨量站通信及数据传输设备

自动监测站的数据传输通信，青海省水文局根据各地的通信资源及地形条件因地制宜地分别选用GPRS通信、北斗卫星通信方式。

6.1 GPRS通信系统

采用GPRS通信组网，监测站需配置GSM/GPRS通信终端，水情中心站则根据接入方式不同，需配置接入Internet的固定IP或专线。

GPRS/GSM模块主要技术指标：支持双频GSM/GPRS符合ETSI GSM Phase 2+标准支持A5/1&A5/5加密算法；透明数据传输与协议转换支持虚拟数据专用网短消息数据备用通道(选项)；支持动态数据中心域名和IP地址(V2.5以后软件版本)STK卡特殊功能配置；支持RS-232/422/485或以太网接口支持音频接口通过Xmodem协议进行软件升级；自诊断与告警输出采用先进电源技术，供电电源适应范围宽，提高设备的稳定性；支持全速率，增强全速率和半速率支持回声抑制和噪声消除功能(选项)；支持双音多频(DTMF)GPRS数据；天线接口，50/MMCX阴头；SIM卡，3 V串行数据接口；工作环境温度，-30～+60℃；储存温度，-40～+85 ℃；相对湿度，95%(无凝结)。

6.2 北斗卫星通信系统

北斗卫星通信系统由卫星及网管中心、遥测雨量站站、水情中心站组成，在北斗卫星通信网络中，遥测雨量站站和水情中心站需配置北斗卫星通信终端及天馈线等主要通信设备。

北斗卫星通信终端主要技术指标：天线波束宽度，俯仰方向 25°～90°，水平方向 0°～360°；频率，接收 S 波段，发射L波段；接收灵敏度，C≤-157.6 dBW；接收信号误码率不大于1×10-7；发射EIRP值不小于13 dBW；MTBF（平均故障间隔时间），25 000 h；平均功耗不大于6 W；发射最大功耗不大于120 W；环境条件，湿度 5%～98%（45℃），工作环境温度-20～+55℃；电源 9～32 VDC；接口标准 RS232；通信速率为 2.4，4.8，9.6 ，19.2 kbps可设置。

7 雨量站建设

青海省采用的遥测雨量站的建设形式主要有杆式和筒式两种：

1）杆式雨量计钢管支架为直径325 mm、壁厚8 mm的无缝钢管，高度3 m，太阳能电池板直接连接在钢管支架上部，天线、避雷针连接在钢管顶部，内置翻斗式雨量计、电子设备筒、免维护电池，下端底板采用10 mm厚钢板，用6根M20地脚螺栓固定在基础上。根据建设地点地质资料情况，雨量计采用混凝土基础，尺寸1 200 mm×1 200 mm，埋深为各站所处最大冻土层以下，基础出地面200 mm，混凝土强度等级为C25。采集器和雨量筒之间采用有线传输，通讯方式根据各站所在地理位置，采用GSM/GPRS或北斗卫星通信终端方式将数据发送给水情中心。

2）筒式雨量计采用混凝土基础，尺寸500 mm×500 mm×400 mm，混凝土强度等级为C25。翻斗式雨量计底板采用10 mm厚钢板，下部用M20地脚螺栓固定在基础上。另置同样基础固定太阳能光板、天线、避雷针。采集器和雨量筒之间采用有线传输，通讯方式根据各站所在地理位置，采用GSM/GPRS或北斗卫星通信终端方式将数据发送给水情中心。

8 结语

青海省中小河流水文监测系统雨量站的建设与实施，将极大地改善青海省内中小河流域雨量监测站网布局，加快中小河流水文监测站网建设，实现中小河流暴雨的自动监测和预报预警，全面提升青海省内监测站点的降水测报、分析评价及水文水资源信息服务能力，逐步提高中小河流的暴雨洪水灾害防御能力，适应新时期区域经济发展对水文工作的要求，为保障人民生命财产安全和国民经济的可持续发展提供高效的信息服务，其实施将产生巨大的社会效益。

［1］崔泰昌.雨量站网密度分析几种方法之比较［J］.山西水利，2002(s).

［2］水利部水文司.《水文站网规划技术导则实用方法》［S］，1992.

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1002－0624（2012）06－0039－02

2012-03-16