厄瓜多尔瓜亚斯流域水文综合监测站网规划研究

(1.长江水利委员会水文局，湖北 武汉 430010;2.长江水利委员会水文局 汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441021)

1 研究背景

2012年6月，水利部长江水利委员会(CWRC)和厄瓜多尔水利部(SENAGUA)签订了编制厄瓜多尔全国流域综合规划的协议。该协议旨在提高厄瓜多尔水资源综合利用效率，减轻或避免洪水和干旱等自然灾害，促进该国经济社会的可持续性发展，从而实现 2013～2017年《厄瓜多尔国家美好生活规划》(《Plan Nacional del Buen Vivir》)中的各项目标。

水文站网规划作为整体规划的必要组成部分，对整体规划起着重要的基础支撑作用。目前，与水文及水文测验有关的国际通用规范主要有世界气象组织(WMO)的水文实践指南[1]以及国际标准化组织(ISO)的TC113[2]。其中，WMO的水文实践指南中只对站网容许最稀密度作出了相应规定，未对如何布设站网作出指导性说明。而ISO-TC113发布的68项标准主要用于指导水文测验及河段选取，没有专门针对水文站网综合布局方面的条款。在厄瓜多尔标准化研究所(INEN)的标准目录中，也未查找到水文站网规划方面的标准。

据此可知，无论是国际通用标准或是厄瓜多尔国家标准，均无法直接用于指导该国的水文站网规划。我国在借鉴前苏联水文站网规划方面经验的基础上，结合国情编制完成了《水文站网规划技术导则》(SL34-2013)[3]。几十年的运用经验表明，该导则参考性和指导性较好[4]。但由于两国的政治经济、地形地貌以及水文气象等差别巨大，如何将国际和我国的各类站网规划标准和规范因地制宜地用于厄瓜多尔的水文站网规划，有必要开展深入的分析研究工作。

2 流域概况

厄瓜多尔河流众多，是世界上每平方公里河流分布最为密集的国家之一，南北走向的安第斯山脉纵贯厄瓜多尔中部，将该国分为西部沿海、中部山地和东部亚马逊地区3个部分。其中西部沿海和中部山地为太平洋水系，主要有米拉(Mira)、埃斯梅拉尔萨(Esmeraldsa)、马纳维(Manabi)、瓜亚斯(Guayas)、杰伯恩斯(Jubones)、普扬扬卡-塔马约(Puyango-Catamayo)等6个流域；东部地区为亚马逊河水系，主要有那波(Napo)、帕斯塔萨(Pastaza)、圣地亚哥(Santiago)等3个流域，本文选择流域面积较大、经济较为发达、代表性较强的瓜亚斯(Guayas)流域为研究对象。该流域面积44 532 km2，由17条独立入海河流组成。其中，11条河流流域面积超过100 km2，3条超过1 000 km2，分别是瓜亚斯河、德尔莫罗河和扎蓬塔尔河。

3 水文监测站网规划

3.1 站网及测验方式现状

厄瓜多尔现有水文站网由水文站和气象站组成，其中水文站有169处，气象站有229处。水文站监测的项目包括流量、水位，部分站点还兼测水质和泥沙。气象站监测的项目包括雨量、蒸发、气温、风向、风速和空气湿度等。其中，瓜亚斯流域现有12个站点开展泥沙监测，大部分测站测验资料年限较短且不连续。水质监测断面站点40个，主要由国家水文气象研究院和厄瓜多尔水利部两个机构负责。

水文气象研究院是厄瓜多尔开展水文测验和水文站网运行管理的单位，每年都对水文资料进行整编后发布在《水文年鉴》上。流量测验采用流速仪五点法(见图1)，测验频次为平均每3个月1次，年测次约4～5次，多采用涉水测量或水文吊箱缆道渡河测量(见图2)，少部分站点采用ADCP测流。水位观测采用自记和人工观测两种方式。人工观测时，每日06:00和18:00观测2次，自记多采用浮子式水位计。根据水位观测所采用的设备不同，水位观测站又分为人工观测水尺测站(LM型)、模拟水位计测站(LG型，见图3)、数字式自记水位站(AU型，具有自动采集、存储和发送功能)、非接触式水位测量仪测站。厄瓜多尔气象观测设施设备比较完善，降水观测由气象站兼测，气象站监测的项目还包括温度、风向、风速、空气湿度等(见图4)。仅有部分水文站开展悬移质泥沙测验，年测次为1～7次不等。此外，部分水文站还兼测水质参数。

图1 流量测量所用流速仪

图2 水文吊箱缆道

图3 水位自记井(LG型)

图4 气象站及降水量观测设备

3.2 规划原则和方法

3.2.1 总体原则

在充分考虑厄瓜多尔自然、社会和经济条件的基础上，制定较为合理可行的规划目标和任务。以流域为基本规划单元，综合考虑气候、水文和地理等特征划分水文分区。在满足流域内防洪、水资源管理、航运、水利工程建设等多方面需求的前提下，以遵循中国相关标准和规范为基本要求[5～9]，具体规划时尽量采用国际标准和厄瓜多尔本国标准，结合所在地的交通条件、生活环境和建站条件等因素，开展各类水文站网的规划工作。按照先易后难的顺序制定分期建设规划，在力求经济高效的同时，实现综合站网的整体功能(见图5)。

图5 瓜亚斯流域水文综合站网规划技术路线

3.2.2 规划方法

(1)流量站网规划方法。在大河控制站布设时，应注意：① 在江河干流沿线，以任何两个相邻测站之间流量特征值的变化不应小于10%的递变率，来确定布站数量的上限；② 以内插年径流量或相当于防汛标准洪峰流量的误差不超过5%～10%来确定布站数量的下限。在区域代表站布设时，应注意：在同一大流域内，根据径流特征的空间变化特性，将其支流的面积分为若干级，再从每个面积级的河流中选择有代表性的河流设站观测。

(2)水位站网规划方法。在河道水位站布设时，应注意：①满足防洪抗旱、分洪滞洪、引水排水、水利工程或交通运输工程的管理运用等需要；②满足河流沿线任何地点推算水位的需要；③尽量与流量站的基本水尺相结合。在水库水位站布设时，应注意：①能反映水库各级水位水面曲线的转折变化；②水库主要支流入汇口处，应布设水位站；③库区水位站应尽量与其他观测断面结合布置。在湖泊水位站布设时，应注意：①能反映湖泊水面曲线的转折变化；②湖泊代表站的水位应能代表湖泊的平均水位；③湖泊较大支流汇入处应布设水位站。

(3)雨量站网规划方法，规划时应注意：①能控制与配套面积相应的时段雨量等值线的转折变化，不遗漏雨量等值线图经常出现极大或极小值的地点；②在雨量等值线梯度大的地带和对防汛有重要作用的地区应适当加密；③暴雨区的站网均应适当加密；④区域代表站和小河站所控制的流域重心附近应设立雨量站；⑤雨量站应尽量设立在生活交通和通信条件较好的地点。

(4)泥沙站网规划方法。规划时，应注意：①以任何相邻测站之间，多年平均年输沙量的递变率不小于20%～40%为原则，估计布站数目的上限。②以内插年输沙量的误差不超过10%～15%为原则，估计布站数目的下限。③在不具备分析论证条件的地区，可按下述方法确定泥沙站的数目：在强侵蚀地区，应选不少于60%的流量站作为泥沙站；在中度侵蚀区，可选择30%～60%的流量站作为泥沙站；在轻度、轻微侵蚀地区，可选择15%～30%的流量站作为泥沙站。

(5)水质站网规划方法。为达到流域水资源保护与管理的要求，重点考虑在水功能区、省界水体、饮用水水源地、入河排污口及敏感水域的典型断面布设监测断面。

(6)水面蒸发站网规划方法。厄瓜多尔的气象站均有蒸发观测项目，但这些蒸发项目并不全是水文分析计算所需的水面蒸发资料，故从现有的气象站点中，按照下述观测场地要求，优选出所需的陆上水面蒸发观测站。①场地附近的下垫面条件和气象特点，应能代表整个区域的一般情况，要避免局部地形影响。②较大水体(水库、湖泊、海洋等)最高水位线的水平距离应大于100 m，以防止附近水体蒸发对观测造成影响。③场地四周必须空旷平坦，气流畅通，以防止气流受阻，水面蒸发速度和强度减弱，使观测结果失真。

3.3 综合站网规划与布局

按照上节所述规划原则和方法，以瓜亚斯流域为例开展了各类水文站网规划和布设(见表1、图6和图7)。在现有各类水文站网的基础上，通过新设、撤销以及变更用途等方式，实现了站网的优化与调整，具体表现在以下几个方面。

表1 瓜亚斯流域水文综合站网规划成果

注：表中不包含10个工程专用站。

图6 瓜亚斯流域现有水文站网分布

图7 瓜亚斯流域水文站网规划成果

(1)站类更加齐全。现状情况下，瓜亚斯流域主要有水文及气象两大类站网。水文站施测水位、流量，部分水文站还兼测泥沙、水质；气象站监测雨量、蒸发、湿度、气温和风速风向等。本次规划在现有站类的基础上，新增了辅助水文站网、水位站网、水质站网、专用水面蒸发站网以及工程专用站网，站点类型更加丰富。

(2)站点分布更加合理。流量站网方面，对流域内集水面积较小、水量较小、流程短、设站过密的水文站进行了优化，使其变更为辅助水文站，并在大的未控河流上设置了出口控制站。雨量站网方面，重点在年均降雨量2 000～3 000 mm的北部地区和年均降雨量400～1 000 mm的西部地区增设了部分站点，无论从空间分布还是高程分布上都更加合理。其他各类站网也通过增设站点的方式，使得空间分布更加的合理。

(3)站点密度进一步提升。流量站点数量和密度变化均不大，仅新增了8处流量站，增幅也是各类站网增幅最小的(11.59%)，但通过对现有流量站点的优化调整，将30处流量站优化为辅助站，在测站总数小幅增加的情况下，实现了站网功能的优化。雨量站点新增了41处，增幅达到 80.39%，站网密度也由 1.145处/103km2增至2.066处/103km2，达到了WMO的容许最稀站网标准。水位站网方面，在通航河段增设了7处站点，提升了对内河航运的支撑力度。泥沙站网密度较规划前有了大幅提高，由现有的12处增至20处，增幅达到 66.67%，达到了WMO的最稀站网密度标准。水质监测断面也由现有的40处增加到了61处，增幅也达到了52.50%。新增的1处水面蒸发站位于北部地区的贝拉斯科-伊瓦拉湖地区。

(4)服务功能更加全面。在增加测验项目的同时，综合站网的服务功能也更加全面。新设置的工程专用站可以满足防洪、发电等需求。通过在通航河段新设水位站，进一步提升了服务内河航运的能力。新增的贝拉斯科-伊瓦拉湖水面蒸发站可以满足流域水资源管理的需求。在重点产沙区新设置的泥沙监测站点可以更好、更全面地服务于流域的水土保持工作。

4 结 论

本文选择厄瓜多尔瓜亚斯流域为典型流域，以国内外有关站网规划的标准和规范为指导，实现了瓜亚斯流域水文综合站网的优化与调整。主要结论如下：

(1)瓜亚斯流域现有水文站网由水文站网和气象站网组成，其中水文站69处，气象站51处。现有站网存在的主要不足包括：站点数量较少，水文站和气象站均未达到WMO的容许最稀站网标准；站点的空间分布不均，部分大河未设置出口控制站，北部和西部地区雨量站点较少；流域缺少专用的水面蒸发监测站等。

(2)本次规划包括基本站网、辅助站网及工程专用站网等三大类站网，共计216处单项站，其中基本站206处，工程专用站10处。基本站(含一站多能)中包括流量站77处、雨量站92处、水位站76处、泥沙站20处、水质站61处、水面蒸发站5处。

(3)通过本次规划，在现有水文和气象站网的基础上新增了辅助水文站网、水位站网、水质站网、专用水面蒸发站网以及工程专用站网，站点类型更加丰富；通过增设站点和调整站点功能的方式，使得站网空间分布更加合理；各类站点密度进一步提升，接近或达到了WMO的最稀站网密度标准；在增加测验项目的同时，综合站网的服务功能也更加全面。