流域水文自动测报站网规划设计及实践探析

蒲　强

(新疆维吾尔自治区水文局，新疆 乌鲁木齐 830000)



流域水文自动测报站网规划设计及实践探析

蒲强

(新疆维吾尔自治区水文局，新疆 乌鲁木齐 830000)

在我国960万 km2的土地上，分布着诸多流域，其中较具代表性的有长江流域、黄河流域、珠江流域、淮河流域等等。对于各流域而言，水文测报是一项不可或缺的重要内容，其通过对雨、水、流量等水文要素的测定，为流域防汛抗旱工作的开展提供决策依据。为了确保水文测报质量，必须对其站网的规划设计予以重视。基于此点，本文以黄河流域中游的河龙区间作为研究对象，对水文自动测报站网规划设计思路进行论述。

流域；水文；测报；站网；规划设计

为了满足江河流域及水库防汛工作的需要，并逐步实现科学化、规范化的管理目标，国家水利部与能源部联合开展了建设以超短波通信网络为基础的水文实时信息采集、传输、处理、预报等功能为一体的自动测报系统。该系统最为突出特点的是技术先进、性能可靠、功能完善、运行稳定，它以现代通信技术为基础，保证了流域防汛工作开展所需的相关水文数据的安全、可靠传输，因雨情、水情等信息的传递快速、及时，相关信息的采集不受人为因素影响，进一步提升了原始水文资料的质量。同时，中心站采用具备数据快速处理能力的计算机、流域水文预报模型及图形图像处理技术，使预报精度获得显著提高。在水文自动测报系统的建设与管理中，站网的合理布设是关键环节，大量的实践表明，站网规划设计是否合理，不但关系到测报系统的建设规模及前期投资，而且还与系统建成后的运维工作密切相关，不仅如此，还关系到水文预报精度。因此，必须对站网规划设计予以足够的重视，并不断加大站网布设的研究力度，使站网的规划设计合理、可行，借此来减少建设与运行中的问题。

1　流域水文自动测报站网规划设计

为便于研究，本文以黄河流域中的河龙区间作为研究对象，对水文自动测报站网的规划设计进行论述。

1.1流域概况

黄河全长5 464 km，是我国的第二大河，其流经多个省市，流域面积约为79.5×104km2。河龙区间位于黄河中游上段，它是河口镇至龙门之间的区段，是黄河干流上最长的一段连续峡谷，干流长517 km，支流水系发育，流域面积在1 000 km2以上的支流有21条。该区间属典型的温带大陆性季风气候，区间年均降雨量在300～500 mm左右，多年平均径流量约为48.8×108m3，输沙量约为6.3×108t。河龙区间是黄河流域两大暴雨区之一，同时还是黄河下游洪水的主要来源，也是黄河泥沙最主要的来源，在该区间内经常会发生具有区域性特点的暴雨，虽然暴雨的历时较短，但强度较大，由此很容易形成高含沙、峰型尖瘦的洪水。

1.2区间水文测报站网的实际情况

相关资料显示，该区间范围内共有水文测报站83处，在现有的水文测报站网中，水文站的密度约为2 426 km2/个，雨量站的密度约为1 361 km2/个，详情如表1所示。

表1　区间水文测报站网密度　 km2

由表1中的数据可知，吴堡-龙门这一区间范围内的测站密度最小，该区间范围的水文站及雨量站的平均控制面积分为2 784 km2和1 525 km2，而WMO(世界气象组织)推荐的水文测站最稀疏密度为水文站300～1 000 km2/个，雨量站100～250 km2/个，两者之间的差距相对较大，需要进行适当调整。

1.3现存的问题分析

目前，该区间内水文测报站网主要存在如下问题：

1.3.1站网密度不足

通过表1中给出的相关数据可以清楚的看出，在该区间范围内的水文测报站网密度过于稀疏，尤其是吴堡-龙门区间，其水文站和雨量站的布设密度都与WMO推荐的最低站网密度标准不符。由于该区间雨量站网的密度稀疏，无法对暴雨空间分布情况进行有效的控制，致使雨情预报不准。例如，某年8月，山峡区间出现降雨，按照水文测报资料统计，此次暴雨的中心出现在昕水河大宁附近，最大雨量为78 mm。而气象部门使用天眼系统获得的资料显示，暴雨中心出现在延水中上游一带，延安站及安塞站的日降雨量分别为146 mm个123 mm。通过对两组数据进行对比发现，暴雨中心地点的距离较远，且雨量也相差较大，预测的量级也不相同，区间预报为暴雨，气象预报为大暴雨，两者相差了一个等级。该情况充分反映出了现有水文测报雨量站网密度无法满足雨情监视的需要，不具备开展降雨径流预报作业的能力。不仅如此，在河龙区间内，还有部分一级支流未受水文站控制的情况，如府谷-龙门区间内的蔚汾河，未受控的面积约为56%，延水河未受控的面积约为21%。因这些未控区间内的雨量站过于稀少，致使区间降水无法预估，从而增大了吴堡站及龙门站洪水预报的难度。

1.3.2报讯时段长

该区间采用的人工报讯方式，雨情报讯为4段制，即每间隔6h进行一次观测和报讯，暴雨加报标准为2 h雨量≥20 mm。因河龙区间范围内有大很大一部分地区为干旱或半干旱地区，产流模式以超渗为主，加之该区间内的水土流失情况比较严重，从而使得降雨强度对产流、产沙起主导性作用。同时，该区间常常会出现具有强度高和历时短等特点的暴雨，这样容易形成陡涨陡落的洪水，如果采用现行的4段制进行汛情预报，很难对暴雨的时程变化进行有效控制，由此会出现雨量尚未报出、洪峰已经报出的情况。

1.3.3测报技术落后

受各方面因素的制约，该区间的水文测验工作仍在使用传统的仪器设备，如大洪水的测流以浮标为主，并借用断面对洪水流量进行计算；水位观测以水尺观测为主。虽然近几年一些重要的报讯地段配置了无线数字化传输设备，但由于受电离层的影响，干扰了短波的传输质量，经常会发生通讯中断的问题，导致水情传递延时。

1.4水文自动测报系统站网规划设计思路

1.4.1站网的布设的基本原则

在水文自动测报系统建设中，站网的合理布设是关键环节，因此，在站网设计过程中，应当遵循科学合理、经济运行的基本原则，并依据我国现行的《水文自动测报系统规范》SL61-2003 和《水文情报预报规范》GB/T 22482-2008 规范的规定要求，对站网进行布设，具体的布设原则如下：(1)遥测雨量站应当可以对该区间范围暴雨空间分布进行有效控制，暴雨中心重点区域的雨量站密度应当超过其它非重点地区。暴雨中心及易产流区的雨量站密度应适当增大；(2)遥测水文站应当可以对无控的洪水演进情况进行有效监控；(3)站网布设应以满足测区水情、雨情变化控制及预报、调度为目标；(4)站网的布设密度应当参考WMO推荐的标准，并兼顾本地区的具体情况；(5)应当一现有的水文测报站网为基础，新增的雨量站尽可能在现有的水文站中选取，以此来确保资料的连续性。

1.4.2站网规划设计要点

针对河龙区间水文测报站网现存的问题，结合水文自动测报站网设计原则，在现有站网的基础上，进行优化调整和补充，以此来满足该区间暴雨空间分布及洪水演进过程控制的需要。

1)雨量站布设。该区间的流域面积为111 591 km2，如果对整个区间进行雨量站加密布设，且各站均按照自动化测报的要求进行建设，会导致投资增大，并且还会造成运行管理负担。鉴于此，通过等流时线法对重点范围进行确定，然后在该范围内进行雨量站加密布设。从新调整后，新增雨量站130处，全部为委属非报讯站，这样整个区间的雨量站密度增加了1.6倍左右，府谷-龙门的雨量站密度增大了1.9倍。

2)水文站优化调整。该区域内现有的水文站数量保持不变，将调整的重点放在测报能力的提升上。通过遥测水位站的布设，除了能够弥补原水文站密度不足的缺陷之外，还能增大府谷-龙门区间的流域控制面积，从而获得更多的水情信息，为区间水文预报增加信息源，有利于预报精度的提升。为满足测报要求，在府谷-龙门区间内共增设了5处遥测水位站，3处布设在干流上，2处布设在支流上。

2　结语

综上所述，本文在简要阐述建设水文自动测报站网重要意义的基础上，以黄河流域中游的河龙区间作为研究对象，分析了该区间水文测报站网现存的问题，据此提出水文自动测报站网规划设计思路。通过雨量站的加密布设，满足了区间水文测报的要求，同时遥测水位站的增设，进一步提高了水文预报精度，为防汛工作的开展提供了可靠的决策依据。

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2016-03-14

蒲强(1987-)男， 四川射洪人，助理工程师，主要从事水文水资源、水文站网管理、资料整汇编方面的研究。

P333.9

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1004-1184(2016)04-0166-02