自动测流缆道在石佛水文站流量测验中的应用

哈世东，吉辛望，陈卫东

（1.引滦工程管理局石佛水文站，河北兴隆 067300；2.引滦工程管理局水文水质监测中心，河北迁西 064309）

1 基本情况

石佛水文站始建于1983年7月，地处河北省兴隆县大仗子乡石佛村，位于滦河一级支流柳河上，处于东经118°07＇03″ 、北纬40°38＇10″ ，集水面积1 050 km2。因柳河上游植被良好，洪水涨落缓慢，故测验断面冲淤变化不大，水位流量关系较稳定。该站包括水情值班室、办公室和生活用房，院内有气象观测场、微波通讯铁塔和天线。该站冻结基面为假定基面，院内铁塔东南角底脚螺栓顶设为本站基本水准点，高程30.00 m（假定基面，下同）。按测站管理分类，石佛水文站属国家基本站，是滦河一级支流柳河上的入库控制站，属河道站。其主要职能包括：长期搜集水文资料，负责水文信息采集和传输；向国家防办、海河防指、河北省防指及海委引滦工程管理局防汛调度部门报汛，为潘家口水库调度运用提供水文信息。采用常年驻测方式监测，主要观测项目包括水位、流量、降水、蒸发、水温、气温、冰凌等。

石佛水文站测流断面处于相对顺直河段，河床由卵石夹沙组成，主河槽宽不足100 m。河槽左岸为宽约100 m 的滩地，右岸为陡壁。水位自记井位于右岸山脚处，进水口高程19.90 m，最高可测水位27.50 m。基本水尺断面设于河道左岸，由P1-P9共9只钢加搪瓷直立式水尺组成。因其下游有人工堆砌的壅水设施，低水时流速较小，水位－流量关系点据散乱，故低水时改在临时断面测流。流速仪测流断面与基本水尺断面重合，设计最大测洪能力2 500 m3/s。测流断面架设有自动测流缆道，操作室位于左岸，校核水准点设在操作室门前石尖上，高程26.997 m。基本断面上游80 m 处为石佛村对外公路桥。2011年，该站在桥上设置桥测断面，当年汛期测得洪峰流量212 m3/s。

石佛水文站辅助气象观测场设置面积为8×6 m2，位于院内平房后一角。场内设置1 种降水量观测设备，即SL1型翻斗式自记雨量计；2 种蒸发量观测设备，即E-601型蒸发器和ϕ20 cm铜质蒸发皿。

石佛水文站主要测验仪器设备有浮子式遥测水位计、水文遥测系统客户端计算机、资料在站整编用计算机、水准仪、旋桨流速仪、电波流速仪等。

2 水文特性

1994年7月13日实测最高洪水位27.11 m，根据最高水位推求的最大洪峰流量为2 520 m3/s，为建站以来第1 位洪水。1995年7月29日洪峰流量为769 m3/s，排在第2 位；1998年7月6日洪峰流量为741 m3/s，排在第3位。

年降水量多年（1985—2013年）平均值为593.1 mm，年蒸发量多年（1998—2013年）平均值为825.0 mm。年径流量多年（1986—2013年）平均值为1.23亿m3，Cv＝0.71。

3 自动测流缆道应用

2006年，石佛水文站在原吊箱测流缆道基础上，改造建成由缆道循环索、水文绞车、自动测流控制台、铅鱼、流速仪、信号传输回路共同组成的自动测流系统。2012年7月，在缆道测流系统中安装了水文缆道无线信号传输仪。流速仪测速信号由通过循环索和地线构成的传输回路进行传输改为以无线数字信号方式传输，使收集到的流速、水面及河底信号均为强信号；不同信号采用不同的数字化编码，保证了译码的准确率；信号抗干扰能力显著增强，从而保证了信号传输的可靠性。

2012年7月22日15时许，入汛以来第1场洪水到达石佛水文站。该站随即实施了缆道流量测验。至当日夜间，共进行5次流量测验。次日5时，结合缆道测流，该站同时在桥测断面采用人工悬吊流速仪方法进行同水位下的流量比测。至25日6时，共获得6组比测点据，详见表1。

表1 缆道测流与桥上悬吊流速仪测流比测结果

从比测结果看，使用缆道测流系统测得的流量值与在桥上采用人工悬吊流速仪方法同时测得的同水位下的流量值基本吻合。基于此，该站在随后的测验中，均使用缆道测流系统测流。当年资料整编时，全部采用缆道测流系统实测点据进行定线。对使用缆道测流成果绘制的水位－流量关系曲线进行3项检验，其符号检验、适线检验、偏离检验结果如下：

式中：u、t为统计量；k为正号（或负号）个数或变换符号次数；n 为测点总数；a 为显著性水平值；pˉ为平均相对偏离值；spˉ为pˉ的标准差；pi为测点与关系曲线的相对偏离值；|t|＜1.70。

由此可见，水位－流量关系曲线3 项检验结果全部合格，说明缆道测流系统测验结果合理，成果符合水文资料整编规范要求。

4 结语

石佛水文站实行站队结合管理方式，汛期测验人员驻站，非汛期由临时工负责日常观测，每月定期取回基本观测资料并及时进行整理加工。因该站地处偏远，生活条件相对艰苦，汛期仅有1名正式职工驻站，遇有洪水过程、需要抢测洪峰时，人手尤为紧缺。为此，该站加强了对临时工的业务培训，以此带动各项测验工作有条不紊地开展。原自动测流缆道配备无线信号传输仪后，可以进行上至数百、下至数秒立米流量的测验，大大减轻了劳动强度，缩短一次测流历时，出流量成果快，为报汛赢得时间，使该站测验自动化程度提高到一个崭新水平。

石佛水文站建站30余年来，积累了大量详实的第一手水文资料，为潘家口水库安全运行起到了尖兵和耳目作用。随着自动测流缆道的应用，该站常规测洪能力有了保障，为测验、报汛以及资料积累奠定了基础，在引滦工程管理局水文测报及水情信息服务方面发挥着日益重要的作用。