农村水利工程对水文站水文测验的影响分析

苏国臣

（河北省张家口水文勘测研究中心，河北 张家口 075000）

水文站是观测并搜集河流、湖泊、水库区域水流、气象变化信息的水文测验机构。通过水文测验，系统性地收集并整理水文资料，最终对一个地区的水资源情况进行整体评价，为相关工程的合理开发、设计、施工、管理运行、防旱防涝等工作提供强有力的数据支持。水文站开展水文测验工作一般需要按照地理分布，完成水文站网的建设。在此基础上，结合水域径流等特点，最终整理出精确程度较高的结果。但近年来，由于在水域附近建设的水利工程数量增多，水文站的水文测验工作在不同程度上受到了影响，需予以重视。

1 农村水利工程对水文站水文测验工作造成的影响

1.1 水流域径流变化对水文站水文测验工作造成的影响

水文测验工作的主要内容包含三点：其一，通过收集各项水文要素，完成水文站网的建立和调整[1]；其二，在长年连续地观测并收集各项水文要素变化规律之后，研制出高精度水文测验的设备；其三，针对水流域径流附近的某些区域进行定期巡回测验，确定枯水期和冰冻期的流量，为防洪、防旱等工作提供数据[2]。总体而言，水文测验工作必须根据水流域的径流情况进行长期跟踪、收集，在与历史同期数据进行比对之后，总结出水流域流量的动态变化情况。但为了更加全面地应用水资源（不仅仅是应用水，更重要之处在于应用大量水流产生的机械动力，以实现水力发电、水利灌溉等目的），水利工程应运而生。如举世瞩目的三峡工程成功建设之后，将长江中丰富的水资源最大化地运用，使得水力发电成为了我国发电系统中不可或缺的组成部分。但水利工程的建设在很大程度上破坏了水流域的自然特性，水流域内的径流情况发生了明显的变化。比如一些水利工程建设后的主要功能为根据水流域上下游的水情变化调整蓄水方案，在不同程度上控制水流速度；又比如在水流域平均水位相对较低的时节，上游水利工程需要提高水流量，保证流向下游每一条分流的水量均符合实际条件（整体流量应保持平缓状态）。如果下游处于暴雨天气情况下，则上游的水利工程应该提高蓄水量，避免下游河流水量过高而溢出，进而对沿岸人民的正常生活造成影响。总体来看，水利工程的存在严重“扰乱”了水流域径流的自然变化，导致历史水文测验结果（指水利工程建设之前）与现时水文测验结果之间存在很大的出入，造成一致性、重合性偏低。受此影响，水文站历史水文资料的应用价值大幅度降低。

1.2 对水文站网建设造成的影响

水文站网是根据水文地理信息建设而成的水文动态信息测验网络。受水利工程的影响，水文站网会在下列几方面受到影响：其一，如果水利工程恰好建设在水文控制面之上，则天然的水流规律必定会在不同程度上受到破坏，之后获得的水文资料的真实程度会大幅度降低，甚至完全失去应用价值[3]。其二，如果水利工程建设在水文站网的控制面之下，则水文测验工作开展位置将会被迫调整到回水区。此种变化将会极大地增加水文测验工作的难度，获得的数据在可靠性方面会大幅度降低，甚至使已经建成的水文站网完全失去应用价值。其三，一些水流域建设了不止一个水利工程，在水流域上下游多处设置了阀门。由此造成的结果是，在收集到一些水文数据之后，技术人员一时之间难以判断水流域不同位置阀门处于开放状态还是关闭状态，导致相关数据是否应该正常记录成为不确定事件。为解决该类问题，一些水文站采用的方法是：沿着水流域设置多个测验点，每当获得一些数据，就根据多个测验点实时反馈的信息，围绕相关数据，按照一定的流程进行处理。由此可见，水利工程的建设令基于水文站网的水文测验工作难度、复杂程度大幅度提升，情况严重时甚至令水文测验工作完全无法开展。

2 基于实例分析农村水利工程对水文站水文测验工作造成的具体影响

2.1 某农村地区水流域、水文站基础信息

本文分析的水文站位于我国安徽省的农村地区，对应的水流域的基本情况为：该水流域位于安徽省境内长江流域附近，在整体位置方面，与长江形成“回水顶托”的形态[4]。水流域集水面积共计435平方千米，上游河道源流短且水流速度较快，历史水文数据显示，每当出现强降雨时，上游水位在短时间内会迅速暴涨，水流量明显增强；下游流域整体呈现出水网分布态势，整体水流量比较平缓。每当该段长江水位增高时，如果不能有效泄洪，则该水流域附近极其容易发生洪涝灾害。本文分析的水文站建设在该水流域上游区域，建设目的是为水流域沿线防涝防旱及水资源高效应用等收集水文信息。

2.2 该农村水文站附近的水利工程情况

该农村水文站于2003年建成，至今约20年的时间内，水流域中下游相继建设了多座中小型水利工程，包含：中等规模水库1座，建设位置在水文站水文测验断面之上（该水库所在地同时建设了自来水厂，供应该地区农村自来水）；小规模水库6座，均建设在水流域附近；中等规模液压拦河坝1座，建设在距离水文站上游约900米之处；下游建设1座橡胶坝。

2.3 水利工程对该水文站水文测验工作造成的影响

2.3.1 农村水文站的基本工况

该农村水文站设定的断面以上集水面积总计130平方千米，属于水文三类精度站。长年测验的河段均为人工开凿的河道，水面宽度最低值为40米，最高区段达到83米。最近的工作记录为：①由于测验的河段整体呈现出“（相对）顺直”的状态，且沿水流域两岸均使用砂材质堤块建设护岸设施，上方为沿水流域公路，下方为泥沙河床。因此，河段整体受上下游社会工程直接造成的影响较小。②目前采用的水文测验方案共计两种：其一，自动测量水流域测验河段的降雨量，流量计算数据纳入水文缆道记载数据以及流速仪测量数据；其二，在测验断面下游约100米处的公路桥附近，使用电波流速仪进行测量。现实中水文测验工作的基础困难在于：受水文站上游的中等规模液压拦河坝的影响（主要是泄洪影响），低于每秒2立方米的水流域小流量出现频率为一年200天左右。但根据技术人员的反馈，水流域径流流速经常低至每秒0.02米之下，如此缓慢的水流速度对流速仪测量精度的要求极高，现有设备无法进行精确测验。基于此，常规水文缆道配合流速仪的水文测验方法几乎不会收获比较精确的水文信息。

2.3.2 水利工程建设后对水文站水文测验工作造成的具体影响

第一，根据上文可知，该农村地区水流域近20年以来共新建7座中小型水库。统计数据显示，7座水库总计控制的水流面积为62.54平方千米，达到水文站总来水面积的一半。这些水库的存在，直接造成拦蓄流域的面积大幅度提升，使得水流域的自然水文特性以及自然径流关系发生了根本性的改变。在第一座水库建设完成时，水文站水文测验获得的数据与第一座水库尚未建设时相比，还存在一些重合之处；随着水库数量的增加，原始数据与新数据之间的差异逐渐加大。当第七座水库建设完成后，水流域径流流速已经降到每秒0.02米之下，与20年前的数据几乎没有可比性。

第二，引水工程建设后产生的影响。选在水文站水文测验断面上游处建设的中等规模水库（自来水厂），近年来的数据显示：在建成初期，平均每年的引水量达到水流域多年来平均径流量的14%；在其他水利工程建设、翻新之后，这一比例提升至23.9%，已经严重超过“决定水文站网密度下限的水域平均年径流特征值内5%～10%的相对误差”这一规定。

第三，对水流域周围市政工程建设造成的间接影响。位于该水流域上下游的两座堤坝原本的建设目的是为水流域沿岸农村风景区带来美感，并通过对水流域水流量的针对性控制，保证水流域沿岸不发生洪涝灾害。但在多座水利设施建成之后，造成的负面影响包含但不限于：①按照常规水利设施调节水流域径流的原理，水流域径流速度的变化基本由水利设施中放水、蓄水阀门的开闭速度而决定。但本文纳入分析的水流域中，相关水利设施的实际运行情况为流量测验设施的运行速度与上下游两个中型水利设施的启闭速度无法完全契合。②当上下游附近市政工程因建设需要而导致水流域水利工程的调度出现协调性不足的问题时，水文测算工作经常出现重复。③如果上下游的堤坝同时执行关闸蓄水的指令时，水流域径流速度降低的情况会进一步加剧，极端情况下甚至会导致人们肉眼看到的景象并不是河流，而是类似于静止状态的湖泊。在此种水流域径流速度低到极端的情况下，水文站水文测验工作几乎无法开展，仪器设备显示的数值不具备任何参考价值。

笔者选取该农村地区水流域2005年、2010年、2015年、2020年四个年份的水文测验信息进行分析，具体情况如下：①四个年份的年径流量分别为0.8829亿立方米、1.514亿立方米、2.172亿立方米、1.018亿立方米；②年平均降水量分别为1407.5毫米、2048.3毫米、1813.5毫米、1386.4毫米；③年径流深分别为784.6毫米、1352.6毫米、1889.7毫米、1016.5毫米；④年径流系数α的对应值分别为0.55、0.67、1.08、0.71。

根据上述数据可以看到，以5年为一个跨度，由于水流域的水利设施不断增加，水流域的年径流量、年径流深、年降水量等数据均出现了较为明显且不规律的变化。其中，年降水量与人类活动有直接关系。众所周知，降雨实际上是自然界中水分从地表到空中再到地表的循环，一般水流充足的地区降雨量也较高。当水流域兴建了多座水利设施之后，水流域的年整体径流也许不会发生比较大的改变，但水分在自然界中的循环过程会被破坏，导致降水量出现极大的差异。此外，上述数据中的年径流系数α在2015年的对应值超过“1”，此种情况不符合自然常理。经过分析后认为，此种错误结果的原因是受水利设施数量增多的影响，水文测验的精确度降低，加上水流域径流量可能存在重复计算的情况，最终产生该结果。

3 减少农村水利工程对水文站水文测验工作影响的有效方式

笔者查阅有关资料，结合本文纳入的农村地区水流域水文站水文测验工作情况、水利工程建设情况，认为现下改善当前局面的可行性方式为：在不拆除该水流域任何水利设施的前提下，该农村水文站已经失去了原本的作用——水文测算的水流域水位、降雨情况对附近农村的防洪减灾工作具有极其重要的意义，如果水文站长年测算的水文信息无法对目标水流域的各类情况进行真实反映，则有关水流域水资源时空分布定向建设等工作基本无法有效开展。基于此，建议将该水文站的用途进行改变[5]。通过保留降水、水流域水位观测等工作项目的方式，将该水文站转变成一个专用的防汛观察站。除了上述工作之外，在水流域进入汛期之后，应按照之前水文站测验水文信息的标准，对水流域的水位、降水等情况进行系统性的观察。总体而言，变更后的防汛观察站不再连续性地收集水流域的水文信息，而是重点收集水流域的水位信息，将水位情况实时向有关部门汇报，以满足周边地区防汛预报预警的切实需要。除此之外的其他时段，净流量测量工作完全停止。

4 结语

根据本文介绍的我国安徽某农村水流域水利工程对水文站水文测验工作造成影响的案例，可以得出如下结论：第一，水流域水利工程数量的增多确实会对水流域径流的测验以及水文站网的建设应用工作造成不同程度的影响，随着水利工程数量的增多，影响呈现逐渐加大的趋势。第二，水利工程数量增多的基础上，如果出现水流域上下游水利设施协调性不足的情况，水文站水文测验工作有极大可能出现重复测算数据的情况，会出现“水流域年径流系数超过1”这种违背自然常理的结果。第三，当水流域的水利设施超过最大限度之后，水文站获得水文信息的难度会大幅度增加，最终会陷入“无法获得准确数据”的情况，此时水文站便失去了价值。总体而言，水利工程确实会对水文站水文测验工作造成影响，在建设水利工程时应充分考虑到此种情况。