1、1如何加快水文能力建设,促进水文科技发展本调研报告主要立足于通过对上饶水文站的现状情况调查和上饶水文站近几年引进桥测设备的流量测验情况、通过电功率推流情况的分析和研究。探讨目前普遍存在的受水利工程影响情况下的水文测站的流量测验问题和进一步服务社会的问题。一、测站现状上饶水文站设立于 1956 年 10 月,位于上饶市信州区滨江东路,地理坐标东经 11758、北纬 2827,集水面积 2735Km2,是信江主要支流玉山水控制站,为国家重要水文站。测验项目有流量、水位、降水、水质、 输沙率、水温等,并担负 着上饶水位站观测任务,负责指导沙溪等 10 个委托雨量站的业务工作。 现有正式职工 8 人。
2、1、受城市建设和信州水利枢纽影响以来测验开展情况和存在问题2003 年,根据上饶市城市建设的要求,上饶水文站跨河缆道拆除,流量测验一度中断,2003 年度引进山东省水文仪器厂生产的 EX751A 型桥测车,在上饶水文站基本水尺断面上游约 720m 处的长塘大桥上进行流量测验。因测验断面条件、环境干扰、 设备的 稳定性等几方面的原因,几年来的测验成果不理想,尤其是 2005 年 7 月 20 日当地政府在上饶水文站断面下游约 8.5Km 处兴建信州水利枢纽工程下闸蓄水后,长塘桥测流断面即成为库区中上游段河道断面,断面水位、流量受水利枢纽运行影响严重,在枯季上游来水量较小时影响十分严重。例如 20
3、06 年 10 月 8 日,下游信江水利枢纽全面关闸,上饶水文站水位 64.72m,第 55 次流量共 8根垂线, 测速历时 180200s ,有 4 根垂线流速 为 0,3 根垂线仅 1 个信号2转速,流速为 0.004m/s,测验成果不符合相关 规范标准要求。类似的情况在一年当中的低水期或枯水时间经常出现。因此,长塘桥断面因受信江水利枢纽影响太大,在目前的流速仪法测验条件下,无法进行有效的流量测验。2007 年立足于发挥桥测测流设备的效能,经实地查堪,选定位于上饶水文站断面上游 4.5Km 处丁家洲大桥测流断面继续开展流量测验,并利用位于上饶水文站断面上游 6.7Km 处灵溪胜利、灵湖两电
4、站发电功率、堰坝等水工建筑物推求河道流量方法探讨工作。即:在低水位级仅有水轮机发电用水时,利用 发电功率与丁家洲大桥断面流量建立关系;在中水位级利用堰流推流公式推算流量与电功率推算的流量合成与丁家洲大桥断面流量建立关系;在无法发电的高水位级,采用桥测车在丁家洲大桥断面实测河道流量。20072008 年上饶水文站在丁家洲大桥断面共测流 155 次,其中 2007 年 51 次,2008 年 104 次。现已根据实测的流量成果和搜集的灵溪电站电功率, 进行相关分析,其结果为共分析的 61 次效率系数均在 0.58 以下,最小的为 0.036,效率系数明显偏小,原因可能有以下几点:灵湖电站 3 台机
5、组,胜利电站 8 台机组,每次测流时不是全部发电, 还有未发的闸门在放水;两电站满额发电时大坝旁边有可能还有水流失;由于灵溪电站与丁家洲大桥相距 2.2Km,每次测流时观测的电功率和丁家洲大桥所测流量不同步。上饶水文站位于汇河口不远,水流状态紊乱,加上断面上下游附近水工建筑物的兴建,水流受人为干扰较大,水位流量关系不稳定,一直采用连实测流量过程线方法整编。连实测流量过程线法要求有足够的测次和较合理的过程分布才能保证流量整编精度。2004 年以来,虽然流量测验3经市局测站两方努力从未中止(2004 年 55 次;2005 年 21 次;2006 年 66次;2007 年 51 次;2008 年
6、104 次),但由于测验设备、人为因素等原因,所测流量测次明显不够,不能达到资料整理的要求。2、测验设施现状和存在问题上饶水文站近几年主要使用桥测车测流。现有测流设施为山东省水文仪器研制中心生产的 EXC751A 型水文巡 测车。从 2003 年 12 月引进,已经使用 5 年整。 该巡测车是由江铃皮卡小型客货两用改装而成,采用液压油泵输出作为水文绞车驱动力,信号处理采用无线传输。巡测车主要由运载工具车、水文 绞车和配套装置(铅鱼、流速仪、信号器)组成。其中水文绞车由液压系统、电控系统和机械系统构成,根据多年使用情况,巡测车存在以下问题:巡测车 采用液压油泵输出作为水文绞车的驱动力,由于设计的
7、液压油泵与江铃皮卡不匹配,故巡测车空调被拆除,以至于夏天烈日下难以驾乘;加装的液油泵功率比较大,会渗油,由于其下部位置是汽车发电机,液压油滴在发电机上,极易导致烧毁,存在安全隐患;巡测车 信号传输采用无线方式,信号不稳定,时好时坏,易受干扰,测深码盘难以调校,故只能采用加接有线测水面一点法,无法测深,这与桥测规范不相符;玉山水属山溪性河流,洪水期间流速大、漂浮物多,加接有线测量时,易使皮 线与吊索缠绕,打转,易挂漂浮物;由于 长期负载水文绞车设备和铅鱼,车辆轮胎受压过高,易爆胎,车辆避震器、 轴承、钢 板等配件易老化、 损坏, 维修费用居高不下,且有些4问题本地不能处理,厂家派人来检修更换,即
8、费时又误工。现液压系统出现严重故障无法处理。二、今后流量测验方法近一两年来,上饶水文站通过在丁家洲大桥断面采用桥测车测流与灵溪电站电功率推流进行相关分析,由于多方面的原因效果不甚理想,加上近期桥测车液压系统出现故障,流量测验现已中止。如何保证上饶水文站在本区域内继续为防汛抗旱决策发挥重要作用,为水资源管理和保护发挥重要作用,为水利规划、工程建设发挥重要作用,为社会经济发展发挥重要作用;同时就目前在全国范围内业已存在的受水利工程影响情况下的水文站流量测验的问题做一些有益的探索性的工作;结合省水文局谭国良局长一行到上饶水文站调研指导的精神,上饶市局和上饶站的多次实地查堪和分析,就目前上饶水文站的现
9、状,拟在三个方面来做工作。1、引进配置先进的测流设备、恢复上饶水文站监测功能上饶水文站所处的城市中心的环境,限制了水文设施的种类选择,受水利工程的严重影响,水文设施设备的不足和落后,已是水文条例颁布实行后水文事业发展的瓶颈问题。为应对城市防洪的压力,应对快速发展的经济社会对水文信息服务的需求,需加大对水文设施设备的改造力度,加快引进新技术、新装 备。上饶水文站是区域代表站,同时在管理类别上又是国家重要水文站,其水文信息对区域经济发展作用显著,尤其是对上饶市城市防洪的作用非常重要,不可或缺。因此,加大对上饶水文站水文设施的改造力度,引进使用新的仪器设备,满足新形势下水文监测需要。拟引进配置先进的
10、测流设备(如 ADCP 流速剖面仪,含固定式和走航式两种),通过改 变流量测验方法,在上饶水文站基本断面上恢复流量测验。5全面恢复上饶水文站的监测功能,进一步提高其流量监测能力,为流域防灾减灾,特别是为上饶市城市防洪提供准确的水文信息;使上饶水文站的监测手段达到可靠、实用、高效、先 进的标准,解决在水利工程影响的条件下水文的生存和延续问题。2、上迁上饶水文站现断面至丁家洲大桥测流断面将上饶水文站断面上迁至丁家洲大桥作为永久性测流断面,将现有桥测车升级改造或更换新的桥测设备;如有可能在丁家洲大桥断面架设缆道,强化流量布点, 满足连实测流量过程线测次要求。通过近两年来在丁家洲大桥断面采用桥测车实测
11、该断面的河道流量的资料情况来看,丁家洲大桥测流断面虽然仍处于库尾回水区内,但通过常规的测验手段,其精度能满足测验规范要求。但需布置较合理的测次过程分布和足够的测次来满足采用连实测流量过程线方法整编要求。主要的问题有:需建 1 座自记水位井;现有桥测车必须升级改造或更换新的桥测设备。考虑到桥测规范的要求和桥测存在的诸多弊端,亦可考虑在丁家洲大桥断面架设缆道, 强化流量布点。这也存在一个征地问题和一次性投入的问题。将丁家洲大桥作为永久性测流断面,通过布置较合理的测次过程分布和施测足够的测次,以 满足采用连实测流量过程线方法整编要求。从测验规范和资料整编规范来说是可行的。具体是采用桥测车实测流量还是
12、通过架设缆道测流则需做详细的方案比较。三、加快水文能力建设,促进水文科技发展的几点想法6随着社会经济的快速发展,各方面对“水”的需求和利用程度不断提高。近年来,通过在河流上建坝以改善城市景观、利用水能发电、引水灌溉等越来越多,这些水利工程对水文资料的收集影响程度也越来越大,这是一种矛盾,也是水文行业暂时无法解决的矛盾。结合这次对上饶水文站调研的心得体会,个人认为,水文不能被赶着跑,不要因为水利工程建在哪里,水文站就要远离水利工程的影响,不停的去选择新的不受水利工程影响的测流断面。而应该结合这种新的变化,去重新定位水文,即在这种新的情况下,水文如何为防汛抗旱决策、水资源管理和保护、水利规划、工程
13、建设、社会 经济发展发挥重要作用。1、通过引进使用新的仪器设备,满足新形势下水文监测需要。声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测流有其不可比拟的优越性。主要体现在:仪器先进,符合现代化水文的要求;适时性强,可及时向防汛抗旱指挥部门提供实时水文信息;测流历时短,安装使用方便,测量时不扰动流场, 测速范 围广, 测验 精度高;同时由于缩短了测量时间,有利于安全生产。根 据 吉 安 站 、梅 港 站 初 步 实 验 成 果 表 明 ,ADCP 法 可 以 随 时 实 测河 流 流 量 、断 面 面 积 、水 深 、流 速 等 水 文 要 素 ,具 有 技术先进、方 便 快捷 、性能稳 定、随机 误 差小
14、、机 动性强的优点。但明确了中高水存在河底动沙运动,要把它作为水文测验的基本测验手段,在中高水测流最好配备 GPS 和外部罗经,解决河底动沙运动问题 ,提高流量测验精度。今后在配 置 GPS 和外部罗经设备条件下,将具有广泛的适用性。声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在受水利工程影响的水文测流断面其应用的效果如何目前没有初 步 实 验 成 果 。根 据 对 上 饶 水 文 站 的 调 研 情7况 来 看 ,如 果 在上饶水文站基本断面上采用固定式 ADCP 流速剖面仪测流,通过走航式 ADCP 流速剖面仪进行比测,在技术上应该是可行的,实际的效果尚待通过实 验 来 加 以 分 析 。2、利用信州
15、水利枢纽工程泄水闸、电功率推求河道流量。信州水利枢纽工程位于上饶水文站断面下游约 8.5Km 处的信江干流上,控制流域面积 5234Km2,其首要任务是抬高上饶市城区河段水位,使城区河道常年保持稳定的水面面积,并有合适的水深,以改善城区生态环境;同时可通过建设水电站利用拦蓄的水能发电。信州水利枢纽工程的基本坝型为河槽部分的深孔弧形闸(17 孔)+左岸滩地上的浅孔平板闸(20 孔),引水式电站布置在右岸内侧的垭口处,电站装机 4 台, 单机容量 2.5MW。泄水建筑物由深孔弧形闸和浅孔平板闸组成,两者泄流能力叠加即为枢纽工程泄流能力。具体的思路是:利用信州水利枢纽工程泄水闸、电功率推求枢纽工程坝
16、址断面流量,即低水时用电功率推流;中高水时用发电流量和泄水建筑物泄流量叠加推求。在枢纽工程坝址下游设立测流断面,通过实测流量和信州水利枢纽工程泄水闸、电功率推求的枢纽工程坝址断面流量建立关系,从而率定该断面的水位流量关系。本思路主要的出发点是脱离上饶水文站所在的玉山水断面,放弃上饶水文站作为玉山水控制站的作用,而主要考虑信江上游区的径流总量的分析和计算。作 为信江干流以上的玉山水、丰溪河两条主要河流上没有控制站,对 于今后在区域水文要素的收集上存在着较大的困难。这也是今后站网规划必须考虑的问题。3、上饶水文站富裕人员的安排8通过引进使用新的仪器设备进行水文监测或利用信州水利枢纽工程泄水闸、电 功率推求河道流量,大大节省了人力、物力、财力,因此上饶水文站富裕人员可以补充到上饶水文局水文工作区域内圳上、石门街、梅港等站人员紧缺、任务繁重的测站,或作其它的合理安排。