无人值守专用水文站的建设——以白马西路河河口专用站为例<br/>

无人值守专用水文站的建设——以白马西路河河口专用站为例

2015-01-16高利伦祝成锐王志宏

大坝与安全 2015年4期

高利伦，祝成锐，王志宏

（浙江华东测绘地理信息有限公司，浙江杭州，310030）

1 建站背景

专用站，是为特定目的而设立的水文测站，拟建设的白马西路河口水文站位于西藏自治区墨脱县境内。墨脱县是西藏自治区林芝地区下辖的一个县，位于西藏东南部，地处雅鲁藏布江下游，位于喜马拉雅山脉东端南麓。面积3.4万km2，耕地面积0.125万ha，森林面积200万ha。著名的雅鲁藏布大峡谷主体段都在该县境内。这里是西藏高原海拔最低、环境最好的地方，也是西藏最温和、雨量最充沛、生态保存最完好的地方。

雅鲁藏布江从朗县进入林芝地区，在米林县迎面遇上喜马拉雅山阻挡，被迫折流北上，绕南迦巴瓦峰作奇特的马蹄形回转，在墨脱县境内从南迦巴瓦峰脚下向南奔泻而下，经印度注入印度洋。雅鲁藏布江水力资源极为丰富，其天然水能蕴藏量达6 880余万kW。仅在雅鲁藏布江大拐弯一处，水能就占雅鲁藏布江全部水能的2/3，占全国水能蕴藏量的1/10。

2 建站区概况

白马西路河为雅鲁藏布江右岸一级支流，发源于墨脱县境内的多雄拉山，上游段为白母西日河，在阿尼桥附近纳入右岸的多雄河后称为白马西路河，其后纳入右岸的比西日河和丹戈着河，于背崩乡解放大桥附近汇入雅鲁藏布江。根据全国水力资源普查成果，白马西路河水能资源理论蕴藏量达36.4万kW（流域合计），水力资源较为丰富［6］。

白马西路河流域内无水文站，为响应白马西路河能源开发的要求，在白马西路河河口进行河口专用水文站建设，专用站测站资料收集数据为水位和流量。

图1 建站区地理位置图Fig.1 Map of station area

3 专用站站址选择

白马西路河河段比降大，河谷成V形，岸边道路为林芝-墨脱北线徒步道路，路窄，道路终年泥泞。从岸边到河边没有现成的道路，能有下到河边的小路成为站址选择的一个制约因素。白马西路河河道多巨石，河道弯曲，找寻上游顺直、河道规整的断面成为站址选择的另外一个因素。由于岸坡陡峭、地质条件差，建站土建工程对地质条件也有一定的要求。在上述三个制约条件的限制下，最终选定距雅鲁藏布江汇入口上游约1 km处作为最终站址。此处岸坡平坦，能规避自然地质灾害；从岸上到河边修建道路较为容易；控制断面上游大约有100 m顺直河段，控制断面较规整，利于测流和水位计布设，并且经过水面线测量，此处不会受到雅鲁藏布江洪水顶托。

4 专用站仪器选用

专用站建设地点位于藏区，距离最近的人口聚居区背崩乡约3 km，并且此处气候多雨，道路难行，多地质灾害，为人工水位观测带来很大的不便，故选用自动记录与远程传输相结合的水位记录装置。由于控制断面处水流湍急，且夹杂碎石等洪积物，接触式探头容易被水流损毁，在水位计选用上，通过技术经济分析，选用远程传输自动记录雷达水位计来取代以往常用的接触探头式水位计。此种设备安装于水边，底部为一锚固墩台，直立杆位于墩台上，探头安装高程距离2013年洪痕为6 m，探头探测水位范围为0～15 m，能够适应专用站水位变幅（经测量，专用站常年水位变幅范围为4 m左右）［3］。雷达传感器发射微波经过水面反射来记录水位变化，探测精度误差为0.2 cm，仪器传感器部分不与水流接触。数据获取后，由仪器自动记录，定时经过移动GPRS传输系统发送到指定计算机，完成数据采集。安装示意图见图2。

图2 雷达水位计安装示意图Fig.2 Installation of the radar flowmetre

白马西路河河道多巨石，由于自然条件和机械使用条件的限制，对河道控制断面的整治不容易实施。所以，原来以多垂线、多点测流的传统流速仪测流方法难以实施，仪器选用要从新式仪器着手选择。基于多普勒原理的ADCP测流仪器在备选之列。ADCP是声学多普勒流速剖面仪的缩写，它利用声学多普勒原理对河道进行流量测验[1]。ADCP可以测量距其一定范围内的许多点的流速。对比于传统测流，ADCP可以在水面表层接触下测量垂线多点流速，规避了测流断面底部不规整带来的测验问题。但是，ADCP测流亦存在几个问题：首先，ADCP探头仪器贵重，怕河流漂浮物体撞击，白马西路河汛期河流湍急，且夹带有浮木乱石，对汛期测流造成很大的不利影响；其次，ADCP在超紊流情况下数据采集精度会大大下降，丰水期巡测难以得到准确数据。在此种情况下，一种新型测流仪器进入备选之列，雷达波测流以非接触方式测量水面表面流速，不受空气温度、湿度、降雨、水深、浑水、水面漂浮物影响，适用于山区性河流、洪水期和特殊水情下的流量测验。雷达波测流有如此优点，但控制断面不能自己确定，因为其只能测定表面流速，不能测量水深，雷达波在平枯水期测流精度也没有ADCP高，所以，测流仪器选用方案为，在平枯水期用ADCP测流，定出大断面形状，输入雷达波测流仪，然后，ADCP与雷达波在枯水期同时测流，率定雷达波测流岸边系数、流速折减系数等测流参数，在汛期时只进行雷达波测验。专用站选用固定式雷达波探头，将雷达传感器探头固定于循环索道上，设定每天的固定测量时间，雷达波会在设定时间进行河道表面流速测量，测量成果被记录在传输集成箱内的电脑上，然后在设定时间通过移动GPRS远程传输方式传到指定的电脑上，从而以无人值守的方式完成流量测验工作。

图3 多探头雷达波测流示意图Fig.3 Schematic diagram of the multiprobe radar flowmetre

经过分析，由于现代测流技术和无线传输系统的运用，无论是水位观测还是流量测验，在白马西路河工程专用站均能实现无人值守的自动化效果，为水文专用工程站自动化、智能化的实现奠定了技术基础。

建站后，专用站可以提供实时远程水位数据和日流量测验数据（早晚8点）。鉴于水文站定位为无人值守巡测站，在传统的建站项目中，依然保留直立式水尺，用以人工巡测时校对自动记录装置的准确性，专用站最终建站效果见图4。

图4 专用站最终效果平面图Fig.4 Layout of the special hydrological station

5 专用站土建工程预算

专用站建设预算期，在墨脱没有定额可以应用。墨脱县交通闭塞，人工资源不丰富，物价较高，根据当地实际情况，实地调研市场人力材料价格，土建单价以人工价格加材料价格乘以其他费用预估系数方法，最终以单价乘以工程量确定工程总费用预算［5］。

6 专用站土建工程的施工组织设计

专用站的建设地点交通不便，没有可以通车的公路。专用站土建工程主要包括站房一座（4m×4m）、水泥台阶路150 m和跨河缆索所用地锚两个。白马西路河右岸有道路，左岸没有道路。由于跨河缆索是建站工作中的关键，所以，渡河工作成为施工组织设计中的重中之重［4］。由于涉及渡河作业，在施工组织设计里着重考虑了枯水期渡河的安排，所以，在整个土建施工过程中，修下到河边的小路为工作路线上的起始工作，然后进行临时过河浮桥的搭建，再进行地锚的浇筑。由于地锚需要几天的混凝土凝固期和自身沉降过程，所以，水泥路建设在地锚浇筑和过河缆索的中间施工，等过河缆索张拉完毕，进行控制断面测量，然后再进行站内道路施工，最后进行水文站房的修建和仪器的安装调试。施工过程中，工作顺序和进度安排应用了Microsoft⁃Project软件，提高了施工组织设计对进度、施工顺序的控制效率，施工组织见图5。