梨园河肃南站水文测验方式改变的可行性分析

刘涛 崔力超

摘 要：利用肃南站35年的水文监测资料，分析了梨园河径流变化规律及测站控制条件，依托降水、水位遥测仪器设备，提出水文测验方式改革可行性方案，以扭转落后的驻测水文模式，建设流域内的自动测报站网系统，为实现水文现代化奠定技术基础。

关键词：水文测验;可行性;肃南水文站

中图分类号：P332 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）22-0097-04

Feasibility Analysis on the Change of Hydrological Testing

Mode at Sunan Station of Liyuan River

LIU Tao CUI Lichao

Abstract： Based on the hydrological monitoring data of Sunan Station for 35 years， the rule of runoff variation and the control conditions of the station were analyzed. Relying on precipitation and water level telemetry instruments and equipment， the feasibility analysis scheme of the reform of hydrological measurement mode was put forward. It is hoped that this study can reverse the backward stationary hydrological model and build an automatic hydrological station network system in the basin to lay a technical foundation for the realization of hydrological modernization.

Keywords： hydrological test;feasibility;Sunan Hydrological Station

1 流域概況

梨园河发源于祁连山区中段北端，上游为隆昌河，至白泉门与白泉河汇合后始称梨园河，为内陆河流域黑河水系干流的一级支流，经梨园堡出祁连山，流入河西走廊张掖盆地后折向北流，至野沟湾注入黑河干流，全长160km。

从祁连山区到开阔的河西走廊绿洲，梨园河流域气候差异较大，有明显的山地垂直气候特征，气温随海拔的增高而降低，降水量随海拔的降低而减少，蒸发能力随海拔的降低而提高。上游祁连山区气候寒冷，属高寒半湿润气候区;下游光热资源丰富，为大陆性干旱气候区，农业灌溉发达。

梨园河流域上游植被覆盖良好，分布有高原草原、高山草甸及零星森林，为重要的产流区域;中游流经高山深谷的火山岩体地带，荒山秃岭，植被覆盖极低，生态环境脆弱;下游为西南高、东北低的盆地与平原，分布着绿洲农田，为主要的耗水区域。

梨园河至梨园堡附近被鹦鸽咀水库截流，用于下游工、农业生产，上游水量由肃南水文站控制，出山口水量由鹦鸽咀水库水文站控制。除黑河集中调水或水库泄洪期外，梨园河地表水难以注入黑河干流。

2 研究区域基本概况

2.1 地理位置

肃南水文站始建于1984年1月，位于甘肃省肃南裕固族自治县大河乡喇嘛湾村，地理位置为东经99°38′02.9″，北纬38°51′19.2″，测站控制面积1 080km2，控制河长59km，为国家基本水文站、祁连山区域代表站。肃南水文站（以下简称肃南站）地理位置如图1所示。

肃南站控制流域内是下游重要的水源涵养地，不仅是下游绿洲经济的命脉，也是祁连山生态环境治理的重点区域之一。作为水量控制站，其水文过程要素是下游防洪抗旱、生态治理、工农业发展的重要依据。

2.2 水文特性

肃南站位于祁连山区地带，冬季非常严寒，降雪稀少;夏季阴湿凉爽，降水相对集中;春秋两季短促，气温日较差大。

据肃南站历年实测资料显示，降水量年平均值为263.7mm，降水量年际变化较小但年内分配不均。5—9月为降水集中时段，降水量占全年比重为85.4%，其中6—8月降水量占全年比重为62.2%;其他时段比重仅为5.4%，即在11月至次年3月连续五个月降水量非常稀少。

肃南站多年平均蒸发能力为859.8mm。蒸发量主要集中在光热资源相对丰富的夏季;秋冬两季蒸发量较小;春季常有大风沙尘天气，蒸发量大于秋冬两季。

肃南站径流主要靠降水产汇流补给，辅以冰川融水及少量泉水，因此，径流量年内分配并不均匀。洪峰流量一般发生在6—8月降水相对集中的时段。通过分析多年流量资料可知，洪峰特征表现为暴涨暴落，变幅较大，山区树木林草导致河道内漂浮物众多。含沙量主要集中于高洪时期，其余时段含沙量较小，非汛期河水清澈见底，含沙量常常目估为零。对多年水沙过程曲线进行分析可知，其峰形相似，过程基本相应。肃南站历年水文特征值见表1。

2.3 测验河段现状

肃南站测验断面原为自然河床。随着乡镇建设，城市不断扩张，2011—2013年，当地相关部门开始改造天然河道为景观河道，导致水位资料不成统一系列。由于其间并无导水或引水工程，所以流量仍为同系列资料。

目前，肃南站测验河段上下游均为混凝土衬底、两岸修建为浆砌石护岸。测验断面呈规则的矩形，水流相对平稳。肃南站院内设标准气象场，用以观测降水量及蒸发量。

2.4 水文测验现状

目前，肃南站测验项目有水位、流量、含沙量、降水量及蒸发量，另有洪调断面四处，采用驻测的模式进行测验。2012年，开始安装雷达水位计，水位可实现远程监测。

肅南站控制断面稳定，多年水位流量关系呈稳定的单一曲线;含沙量采用过滤法处理，低水时期含沙量为0;降水量使用翻斗式雨雪量计观测，辅以全年人工观测，由于天气严寒，降雪期间以人工观测为主;蒸发量使用20cm蒸发皿与E610蒸发器平行观测，冬季结冰后使用20cm蒸发皿观测。大洪水过后，对断面附近四处洪调断面进行水量调查。

3 测验方式改变的可行性分析

3.1 测验方式改变的必要性

随着社会经济不断发展，水文行业承担的水文信息服务已渗透到社会各个方面，而单站监测并不能起到暴雨山洪预警作用。洪水灾害频发要求建设更多的监测站点，以自动测报系统为骨架，共同搭建相对密集的水文监测站网。而落后的监测手段已不适应新时期的发展，新技术、新仪器的广泛使用能从根本上改变监测困难的局面，同时解放了人力资源，体现了以人为本和谐发展的理念，使单位和职工都能共享到水文测验方式改变带来的巨大变化和福利。

所以，在现有条件下改善职工生活环境、节约成本、集中力量拓宽水文业务范围，扩大资料收集途径，更好地满足地方防汛抗旱、生态治理等方面的需求，是新时期社会经济发展对水文事业的要求，

3.2 测验方式改变思路

改变传统的水文驻守测验模式，应用水文自动测报系统是水文改革跨时代的创新，即利用现代遥测、通信、计算机和网络等技术，完成流域或测区水文要素的采集、传输和处理的信息系统。随着中小河流建设，目前已建成水文自动测报系统，平台运行良好。

肃南站水位通过多年比测，采用雷达远传自记水位计可远程完成摘录;汛期特大洪水时采取临时驻守流量测验，平水期水位流量多年呈稳定的单一曲线，可定历年综合水位-流量关系推求流量，非汛期流量基本稳定，年际变化不大，用多年均值代替;降水量采用翻斗式雨雪量计观测，数据自动收集记录，含沙量、蒸发量作为区域站已收集57年系列资料，资料系列已能满足区域社会经济建设的需要，可停测或采用含沙量、蒸发自动监测设备代替人工观测。

3.3 水文资料分析

3.3.1 水位-流量关系分析。肃南站测验断面稳定，大断面如图2所示。自河道改建完工后，断面处水流平稳，汛期水位流量关系呈单一线;冬季断面处受结冰影响，水位流量关系点据散乱，采用连实测流量过程线法推流。

点绘肃南站2015—2017年实测流量共85个样本点，如图3所示。从图3可以看出，点据分布均匀而密集，呈带状分布，关系线两侧点据分布无明显系统偏离，曲线的三种检验均合格，定线结果符合《水文巡测规范》（SL 195出，点据分）[1]及《水文资料整编规范》（SL 247—2012）[2]中规定的精度要求。

经分析计算，使用综合曲线与原定曲线比较，肃南站年径流总量及汛期径流总量相对误差分别为-1.7%、-0.7%，符合《水文巡测规范》（SL 195—2015）[1]中规定的二类站±3.0%～±3.5%的精度要求。

3.3.2 蒸发系列资料分析。肃南站为内陆河流域黑河水系梨园河上游区域代表站，区域代表性较强。选用1979—2017年39站年蒸发量资料点绘分析，蒸发量单站累计曲线呈直线变化，说明蒸发量没有明显的系统性改变，见图4。

3.3.3 径流退水资料分析。据历年资料统计，梨园河自每年10月中旬开始退水，气温降低，上游山区开始结冰，至次年2月进入枯水期，流量达到最小;随着气温回升，2月以后径流量开始有缓慢增加的趋势[3]。

点绘多年平均与历年平均退水曲线进行比较，其中多年平均选用2005—2013年，近10年平均选用2004—2013年，近5年平均选用2008—2013年，共同点绘退水曲线对比图见图5。从图中可以看出，自10月中旬开始到次年4月上旬，年际间旬平均流量变化并不大，且分布呈有规律的带状，而近10年平均、近5年平均退水曲线变化趋势基本一致。

3.3.4 枯季径流分析。通过退水分析，肃南站退水过程稳定且变化趋势一致，可据此划分稳定的枯水时段，即为每年11月至次年3月，见图5。因此，可用历年平均11月至次年3月的月平均径流量（流量）代替该站枯水期11月至次年3月的月平均径流量（流量），经计算分析，其误差基本符合《水文巡测规范》（SL195-2015）低枯水期允许误差关于二类精度水文站的精度指标规定。

从全年径流量对比计算，枯水期11月至次年3月的径流量非常小，使用平均值对总径流量统计并不造成太大影响，枯季径流占比表见表2。

4 结论

肃南站已有35年系列水文资料，基本呈现了梨园河径流变化规律，汛期可采用历年综合水位流量关系推流，枯季退水基本稳定，且枯水期流量较小，采用历年均值进行统计，精度满足《水文巡测规范》（SL 195—2015）的精度要求，已完全具备全年巡测条件。如遇特殊年份，枯季降水、径流增加较大时，应在枯季进行巡测，恢复流量测验。

降水和水位采用远传式自动测报系统收集数据，并按规范规定摘录;蒸发量资料系列稳定，可停测，使用资料时可按趋势进行插补，或安装自动E601B水面蒸发器远程监测。含沙量受上游水利工程及景观河道多级固床坝影响，已失去区域代表性，无法研究天然河流挟沙能力，可停测;洪水调查仍然在汛后进行一次测验。

在特大洪水期间，应采用暂时驻测的方式，用自动化仪器和人工测验并存的方式确保安全度汛。

据此，在确保水文资料精度的前提下，可实现肃南站由驻测向无人值守站点的转变，从而改变落后的测验方式，以有限的人力资源建设更多的自动化站网，提高流域面上的水文监测能力，使水文工作真正起到预警减灾、抗旱抗洪的作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利部.水文资料整编规范：SL 247—2012[S].北京：中国水利水电出版社，2012.

[2]中华人民共和国水利部.水文巡测规范：SL 195—2015[S].北京：中国水利水电出版社，2016.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.河流流量测验规范：GB 50179—2015[S].北京：中国计划出版社，2016.