新疆某水文站水文巡测方案探析

祖力皮亚·热西提

（新疆维吾尔自治区水文局，新疆 乌鲁木齐 830000）

近年，随着山洪预警、中小河流水文监测、国家地下水监测等项目陆续建设，新疆水文工作任务剧增，现有人力、物力及运行模式已无法满足新形势下水文站网管理工作需求，原有的驻测方式也不能适应新疆水文事业的发展与服务水平的提升。以某水文站为例，对新疆水文巡测方案进行探析。

1 概况

某水文站设于1947 年2 月，控制集水面积22 516 km2，系大河重要控制站和中央报讯1 级站，属国家重要水文站[1]，主要观测项目有水位、流量、悬移质单沙、悬移质输沙率、冰情目测、固定点冰厚、水温、气温、水质、地下水位等。

水文站现采用驻测方式，水位采用人工观测和雷达水位计记录相结合，流量采用电动缆道、桥测等方式。测验河段位于某河东大桥上，该测验河段顺直，两岸有防洪堤，河床由泥沙组成，高中水为单一河槽，水位流量关系曲线为单一曲线。低水位时水流较为分散，受多种因素影响，水位流量关系经常不为单一线。

2 水文特性分析

2.1 区域水文特性

某水文站有1955—2020 年连续66 a 的实测流量资料，2005—2020 年实测径流资料系列显示，径流年内分配不均匀。汛期（6—9 月）径流量为14.125×108m3，占年径流的54.9%；平水期（4—5、10—11月）径流量为6.819×108m3，占年径流的26.5%[2]；枯水期（12 月—翌年3 月）径流量为4.791×108m3，仅占年径流的18.6%。8 月水量最大，径流量为4.416×108m3，占年径流的17.2%。多年平均流量为78.0 m3/s，多年平均含沙量为0.312 kg/m3，多年平均输沙率为24.9 kg/s，实测最大流量为993 m3/s（1999年7 月27 日），最小流量为1.38 m3/s（1974 年5 月24日），最大流速为1.66 m/s，最大水深为4.80 m，最大含沙量为8.44 kg/m3，属冰雪融水和雨水混合补给型河流[3]。

2.2 某水文站水位流量关系

某水文站测验河段顺直，上游弯道距离基本水尺断面约100 m；断面为宽浅式河道，高中水主槽宽度约310 m，高水控制条件较好；河道受人为引水影响，但对水文测验无大的影响，断面无串流、逆流、回水、死水等情况。低水时河中有浅滩，滩地及主槽流向一致，主流不固定。河床由砾石、细沙组成，左右岸为人工堤坝，河床冲淤变化不大。施测断面的河槽情况及形状为：低水为复式河槽，关系散乱，有1～2条曲线，高中水为单一河槽，水位流量关系曲线合并为单一曲线。左右岸边有绿化草坪，植被较好。

根据近几年资料分析，水位流量关系基本呈单一线。冬季（12 月—次年3 月）因结冰影响，水位流量关系无明显规律性，采用连实测流量过程线法推求流量。2015—2020年，实测大断面如图1所示，水位面积关系曲线如图2 所示，水位流量关系曲线如图3 所示。点绘2014—2019 年退水曲线，如图4 所示。可以看出，10月—次年3月水量变化缓慢，周期性规律强，退水曲线趋势明显。说明10 月—次年3月各测1次流量，水位停测，用连实测流量过程线法推流，流量精度完全可以得到保证。

图1 某水文站2015—2020年实测大断面

图2 某水文站2015—2020年水位面积关系曲线

图3 某水文站2015—2020年水位流量关系曲线

图4 某水文站枯水期流量过程线（退水曲线）

3 巡测方案探析

3.1 某水文站测验方式

自1955 年，某水文站流量、输沙率测验基本采用桥测，一般洪水单次流量测验需要60 s左右，单次输沙率测验需要90 s左右。水位全年采用自记水位计观测，人工8时、20时观测，同时观测水温[4]。2019年开始使用自动化设备，并与原有的测验设施和设备进行对比观测。

（1）水位。5—10 月观测，采用超声波水位计或雷达水位计，用U盘把数据传输到勘测局信息库中。视频观测辅助人工校核，用手机图片或网络将数据传输到勘测局信息库中。

（2）流量。全年采用电动缆道或人工测流，通过人工传输到勘测局信息库中。

（3）气温。全年采用人工观测和气象三要素观测，人工观测校核。

（4）泥沙。4—9 月观测，其他时间因历年含沙量资料为0，可以停止观测。利用勘测局信息库数据，主动将数据推送到水情报送计算机上，自动报送水情。

10 月—次年3 月，雇佣临时工或每月去一趟测站测流、看护仪器、站房。

3.2 水工程情况

某水文站基本断面上游1.2 km处有景观桥，1.9 km处是S325公路大桥，3.4 km处是高速公路大桥。小水时，在大桥上测流，受桥墩影响，水位流量关系线不稳定。下游附近未建设水工程，距离巡测基地56 km，交通十分便利。

3.3 测次及巡测时机

3.3.1 测站水流沙特性及单次测验必须历时统计

该水文站施测河段顺直。细沙组成河床，河两岸为防洪堤，河宽310 m，一般情况下使用电动缆道在基下62 m 处测流，中小水时在基下3 m 处（大桥上）施测流量，中断面为基本水尺断面，浮标断面、上下比降断面间距为200 m，各水尺设置在右岸，各个断面布设方向与水流平均方向垂直。经过长期的观测和施测，积累了水位、流量、气温、水温、泥沙等各方面资料，这些是计算和分析该河中下游河道生态环境需水量的重要依据。流量单次测验可以控制在1 h内完成，输沙率单次测验可以控制在1.5 h内完成。

3.3.2 流量、输沙率测验次数精简分析

根据某水文站实测资料统计，河流水量主要集中在5—9 月，占年水量73.0%以上；1—3、10—12月属于流域退水过程，水量变化不大，冰期水量更加平稳。某水文站测验任务书规定，全年流量测次为43次。

根据上述资料统计分析成果和现状测验条件，建议该站采用驻测和巡测相结合的测验方式，即4—9 月正常观测，其他时间（1—3、10—12 月）开展巡测，1—3、10—12月每月各测1次流量，水位停测，用连实测流量过程线法推流。

根据《水文巡测规范》4.2.4（c）规定，水位流量关系不呈单一线的测站，全年采用巡测资料推算流量，一类精度的水文站年径流量误差不超过2.0%，或部分时段采用巡测资料推算流量，由时段径流量算得的年总量误差不超过2.0%的规定者，流量可以实行巡测。

某水文站巡测前后时段径流的测验误差分析详见表1，该站1—3、10—12 月采用巡测方式后，流量精度完全可以得到保证。

表1 某水文站巡测前后时段径流的测验误差分析

3.3.3 悬移质单沙和输沙率测次分析

《水文巡测规范》4.2.5（d）规定，具备悬移质输沙率停测或间测条件的悬移质输沙率可实行巡测[5]。《水文巡测规范》4.2.7（a）规定，测站每年低、枯水期连续3个月以上的时段输沙量小于多年平均输沙量的3.0%，在该时段内可停测泥沙，停测期间的含沙量作零处理。

1—3、10—12 月输沙量和多年平均输沙量对比详见表2。由表2 可见，1—3、10—12 月可以停测泥沙，停测期间的含沙量作零处理。

表2 某水文站1—3、10—12月输沙量和多年平均输沙量对比

3.4 巡测方案

根据以上分析，某水文站巡测方案记述如下。

（1）水位观测。4—9 月，驻站监测，采用自记水位计观测记录，人工8 时、20 时校核。1—3、10—12月，水位可停测。巡测期间，建议进行雷达水位计与人工观测水位的比测。

（2）流量测验。4—9 月，按原任务书要求正常观测。1—3、10—12 月实行巡测，每月各测流1 次，用连实测流量过程线法推流。

（3）泥沙。4—9 月，按原任务书要求正常观测。1—3、10—12月停测，停测期间的含沙量作零处理。

（4）气象观测中的气温、降水、蒸发继续观测，在原气象场安装自动监测设备，实时数据传输到勘测局信息中心。巡测期间，进行自动气象监测与人工观测的比测工作。

（5）报汛应急方案。当水位传输发生故障时，由看管人员电话报送水情，实行“无人值守，有人看管”。若遇洪水，某水文站测验断面洪水从起涨到峰顶历时20～40 h，从巡测基地到该站测验断面不到1 h就可到达，交通比较方便，测验机会不易失去。

3.5 测验方法

根据该站现有测验条件，建议4—9 月实行驻测，其他时间（1—3、10—12 月）实行巡测。远期可配备远程监控水位系统（雷达水位计）和流量实时在线监测系统，达到水位、流量巡测目的。

某水文站流量为一类精度，4—9 月按原任务书要求正常观测，1—3、10—12 月可实行巡测，巡测期间每月各测1次流量，水位停测，用连实测流量过程线法推流，流量精度完全可以得到保证。

悬移质单沙和输沙率测次，4—9 月按原任务书要求正常观测，1—3、10—12 月时段平均输沙量小于多年平均输沙量的3.0%，因此可停测，停测期间含沙量作零处理。

气温由气象三要素监测系统自动采集并传输。

3.6 巡测资源配置方案

勘测局成立巡测队，加强专业人员新仪器设备操作和维护技能培训，业务管理和水情通信维护人员分片实施。在现有水尺组、超声波水位计、雷达水位计、电动缆道、桥测设施等测验设施、设备的基础上，还需配置巡测越野车、对讲机、移动手机、移动通信电话、视频监控设备、信息传输设备、自动气象站、有线网络通信设备，增加山区遥测雨量站点的建设，以便及时收集降水量，有利于更好掌握测流时机。同时，将巡测运行费用列入财政部门预算，以满足巡测工作需求。

4 方案的合理性分析

4.1 巡测站选取的合理性

本方案巡测站是以原水文站为单位，测站控制条件未变，符合资料连续性与一致性要求。本巡测站距离勘测局较近，交通、通信方便，能按水情变化及时施测流量，巡测站选取基本合理。

4.2 巡测时间选取的合理性

本巡测方案主要考虑的是平水期与枯水期（10月—次年3 月），该时段来水量均为地下水补给，流量处于稳定期，变化相对较小，此期间每月各测1次流量，水位停测，用连实测流量过程线法推流，流量精度完全可以得到保证。在现状交通便捷条件下，能够及时按水情变化施测流量，满足定线与整编要求，且巡测时段均为平水期与枯水期，无洪水过程发生，巡测时间可适当提前或推移。

上述内容均符合《水文巡测规范》（SL195-2015）要求。

4.3 巡测方案的可操作性

巡测方案的编制综合考虑了水文站平水期与枯水期流量相对稳定，并已满足现行《水文巡测规范》（SL195-2015）第4.2.4 条第c、e 条内容的规定，即c）水位流量不呈单一线的测站，全年采用巡测资料推算流量，或部分时段采用巡测资料推算流量，由时段径流量误差算得的年径流量的误差一类精度的水文站为2%；e）水位流量关系不呈单一线的测站，当距离巡测基地较近，具备交通、通信条件，能够及时按水情变化施测流量。

上述内容满足巡测规范、定线与整编要求，巡测方案具备可操作性。

5 结语

水文巡测是水文专业人员以巡回流动的方式定期或不定期对一个地区或流域内水文测站或断面的水文要素进行的观测作业。通过对某水文站巡测方案的探讨分析可知，采取合理有效的巡测模式，不仅可以有效、系统地管理好水文站点，应对突发水事件，还节约了人力和物力，改善了测站职工生活，为实现科学防灾减灾、水资源优化配置与高效利用提供科学依据，可供相关站点参考。