天津市防汛分洪口门水文应急监测方法探讨

苏凤霞

（天津市水文水资源管理中心，天津 300061）

天津市共有青甸洼、大黄铺洼、黄庄洼、盛庄洼、三角淀、淀北分洪区、西七里海、东淀、贾口洼、文安洼、团泊洼、永定河泛区、大港行洪道13 个蓄滞洪区，其作用是在防汛抗洪中蓄滞洪水。分洪口门是河道洪水向洼淀分洪滞洪的进、出水口。目前，天津市在蓄滞洪区中共设置了主要分洪口门23 处。这些口门一旦分洪，其行洪的水文信息将成为抢险调度的关键，直接影响到人民的生命财产安全。

分洪口门一般在发生较大洪水后才会启用，运用机率极低，与之相关的大量水文设施的建设会形成运行管理的负担。因此，天津市仅在分洪口门相关的河道上修建了部分水位观测设施、一些重要的蓄滞洪区内（如永定河泛区、青甸洼等）建设了水位自动测报设施，但是一旦因汛情急需开展水文应急监测工作时，如何应用水文监测新技术新方法并开展监测成为急需研究的重要课题。

1 测验方式、时效性与监测精度

1.1 测验方式

分洪是通过分洪口门利用提闸或破堤两种方式向泛区或蓄、滞洪区分水，除分洪口门测报外，水文部门还承担与分洪相关的河道重要断面水文测报。分洪口门应急测报可分3 类，即利用水工建筑物分洪测报、破堤（溃口）分洪测报和河道重要断面水文测报，应急监测项目包括口门破堤（溃口）宽度、水深、水位、流量等。

1.2 时效性

防汛分洪口门流量测验属水文应急监测，开展水文应急监测应优先考虑监测的时效性，尽快获取并提供监测数据。同时，根据防汛调度部门要求和灾情变化，实时动态调整应急监测要素、场地、方法、手段和频次。

1.3 监测精度

在保证人员、装备安全的前提下，应尽可能提高监测成果的精度。水文应急监测成果精度指标应参照国家现行有关标准的规定执行；在特殊情况下，可适当放宽，并予以备注说明。当采用多种监测方法和手段进行应急监测时，应综合考虑方法和手段的适用性、监测条件等多种因素，验证监测成果可靠性。水文应急监测全过程应进行质量管理，应急监测任务完成后，应依据现行相关规范并结合现场监测环境条件，对监测成果精度进行评定。

2 测验内容与方法

2.1 破堤（溃口）宽度

破堤分洪时利用水力学公式推算流量时，一般利用口门的水头和宽度估算流量。口门宽度确定，可以采用以下方式：利用口门两侧定位桩，用绳尺或塔尺等人工丈量；采用经纬仪交会法测量；采用新技术免棱镜全站仪测量；采用新技术手持激光测距仪测量。

2.2 水深

采用流速仪法、水面浮标法、测流无人机测流时需要测量断面水深。断面水深确定，可以采取以下方式：利用测深杆测量；利用测深锤测量；采用新技术回声测深仪施测。

2.3 水位

蓄滞洪区防洪、调度依据的主要水文信息是水位和流量，利用水工建筑物分洪测报、破堤（溃口）分洪测报和河道重要断面水文测报均需监测水位。水位确定，可以采取以下方式：打桩、利用树木或固定建筑物设置临时水尺，引测高程，人工观读；利用临近水文测站水位设施或防洪、水资源管理专用站点的水位资料；特殊情况下，可将免棱镜全站仪架设高处稳固后直接测定；采用新技术便携式水情仪架设高处稳固后实时采集。

2.4 流量

流量是防汛分洪口门水文测报的重要信息。

（1）水工建筑物（节制闸、分洪闸等）分洪测报。需要在闸孔或闸桥布设流量测验断面，采用不同的仪器施测流量。其中，常规流量测验选用流速仪法进行流量测验，应急监测流量采用浮标法（流速面积法）进行流量测验；应用声学多普勒测流仪（ADCP，走航式或遥控式）进行断面流量测验；采用电波流速仪应用流速面积法进行流量测验。

（2）破堤（溃口）分洪测报。破堤分洪后短时间内堤内外水位差、流速等较大，无法在口门上架设过河索等渡河设施，船只等无法定位，无法测得口门大断面。采用溃坝公式、浮标法、电波流速仪、测流无人机等均需估计口门底高程，计算过流断面面积测报流量。分洪（溃口）流量测验，可以采用以下方式：利用适用于天津地区的溃坝公式即Q=0.928BH1.5进行推求，其中B为破堤口门宽度、H为口门上游水头；利用浮标法进行；利用电波流速仪进行；利用测流无人机进行；应用遥控走航式ADCP 进行；可在分洪（溃口）处主河道上、下游便于施测位置各设一处断面，采用走航式声学多普勒剖面流速仪法或流速仪法施测主河道流量，通过水量平衡原理推求。

（3）河道重要断面水文测报。可借用桥梁等满足测流绞车、巡测车等渡河需求，亦可舟船设施挂载测流仪器施测流量。流量测验，可以采用以下方式：采用浮标（中泓、均匀、水面漂浮物）应用流速面积法进行；采用流速仪进行；应用声学多普勒测流仪（ADCP，走航式或遥控式）进行；采用电波流速仪应用流速面积法进行；采用测流无人机应用流速面积法进行。

3 测验方法分析评估与流量测验方法优选次序

（1）利用绳尺或塔尺等工具人工丈量口门宽度或用经纬仪交会法测量口门宽度结果不精确且人员需接近口门，有一定的安全隐患，而采用新技术免棱镜全站仪或手持激光测距仪测量口门宽度准确、快捷、安全。

（2）利用测深杆或测深锤测量水深在高洪时精度较差，而采用新回声测深仪测量方便、快捷、精度高。

（3）设临时水尺人工观读水位费时费力、人员不安全，采用免棱镜全站仪也仅适用于临时观测，而采用便携式水情仪能够实时采集报送水位信息。

（4）采用流速仪法测量流量在高洪时耗时费力且往往受断面因素影响，适应性差。

（5）采用浮标法结合过流断面资料及浮标系数来推求流量，误差较大，如无断面资料则不可使用。

（6）采用水力学公式法推算流量，误差大。

（7）电波流速仪、测流无人机均为测验新设备，采用非接触式水面流速测量，需要借用断面，误差较大，如无断面资料则不可使用，但该方法在应急流量测验中有较多应用。

（8）声学多普勒测流仪（ADCP）为测验新设备，通过超声波扫描技术一次能同时测出河床的断面水深、流速和流量。与传统的流速仪测量相比，ADCP并不像传统流速仪那样要求测流断面垂直于河岸线，测船航行的轨迹可以是斜线或者是曲线。该方法具有测验时间短、测速范围大等特点，提高了测验的精度。

通过对各种方法的分析评估，笔者提出流量测验方法优选次序：优先采用流速仪、走航式声学多普勒测流仪（ADCP）施测流量；施测流量困难时可使用电波流速仪法或水面浮标法施测流量；极端困难条件下可采用中泓浮标或测流无人机施测流量；特殊条件下无法实测流量时采用水工建筑物与堰槽测流方法推求流量。

4 结语

防汛分洪口门水文应急测报是天津市水文部门的重要工作内容。通过分析评估测验方法，提出应用走航式声学多普勒测流仪（ADCP）、电波流速仪、便携式水情仪等先进仪器设备开展测报工作，以解决以往监测速度慢、测验误差大等技术难题，提高测报信息的时效性，为防汛调度指挥决策提供及时准确的信息支持。