封得華 徐效濤

濟(jì)南四大泉群水生態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究

封得華 徐效濤

2013年5月，濟(jì)南市被水利部水文局確定為全國水文系統(tǒng)水生態(tài)監(jiān)測試點(diǎn)市，為全國水文系統(tǒng)開展水生態(tài)監(jiān)測探索積累經(jīng)驗。山東省水文局高度重視，出臺了一系列具體實(shí)施辦法。圍繞濟(jì)南四大泉群生態(tài)系統(tǒng)開展重點(diǎn)監(jiān)測，同步開展區(qū)域用水總量、水功能區(qū)和水源地及排污口水質(zhì)、水土保持等監(jiān)測，為濟(jì)南市水生態(tài)文明建設(shè)提供了有力支撐。

一、四大泉群基本情況

濟(jì)南市是有著2600多年悠久歷史的文化名城，城內(nèi)“山、泉、湖、河、城”渾然一體，是我國少有的山水園林城市。在古城區(qū)2.6km2范圍內(nèi)，分布著趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龍?zhí)端拇笕汗灿?36處名泉，形成了“家家泉水，戶戶垂楊”的獨(dú)特風(fēng)貌。

20世紀(jì)80年代以來，濟(jì)南市用水量急增，地下水位隨著開采量的增加而快速下降，泉水出流量也逐漸減小，呈現(xiàn)衰減均勢。1999年3月14日～2001年9月17日，停噴長達(dá)926天。泉水是濟(jì)南的象征，泉水的斷流不僅導(dǎo)致濟(jì)南環(huán)境質(zhì)量下降，更使“泉城”風(fēng)貌黯然失色。

濟(jì)南市水利局圍繞“節(jié)水保泉”和“城市水生態(tài)”為切入點(diǎn)，部署開展了對趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龍?zhí)端拇笕毫髁繉?shí)時監(jiān)測項目。通過實(shí)時監(jiān)測各斷面水位資料，根據(jù)率定的水位流量關(guān)系曲線，推求四大泉群出流量，以掌握泉水噴涌的動態(tài)變化規(guī)律。

二、監(jiān)測技術(shù)方案

1.監(jiān)測技術(shù)方案選擇

根據(jù)實(shí)地考察的結(jié)果和現(xiàn)有主要測流技術(shù)，提出了多套解決方案，通過對比分析，提出了最終的解決方案。即通過實(shí)時監(jiān)測泉水泄流渠道內(nèi)水位，根據(jù)巡測流量數(shù)據(jù)率定出水位～流量關(guān)系曲線，通過計算機(jī)軟件處理自動生成流量數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)泉水流量的實(shí)時監(jiān)測。

2.監(jiān)測內(nèi)容

該方案主要包括3部分：水位自動監(jiān)測系統(tǒng)、流量巡測、監(jiān)測中心。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）水位自動監(jiān)測系統(tǒng)

經(jīng)過現(xiàn)場考察，選擇了5處易于施工和斷面較規(guī)整的泉水泄流渠道上建設(shè)水位自動測報系統(tǒng)，分別是：趵突泉東、西測流斷面，珍珠泉測流斷面和五龍?zhí)稏|、西測流斷面。水位自動測報系統(tǒng)自動監(jiān)測、存儲水位數(shù)據(jù)，并將實(shí)時監(jiān)測的水位信息發(fā)送至監(jiān)測中心。

（2）流量巡測

為率定不同斷面的水位流量關(guān)系曲線，需要對各監(jiān)測斷面進(jìn)行流量測驗，并根據(jù)不同水位情況和下墊面情況連續(xù)不間斷的進(jìn)行監(jiān)測。流量監(jiān)測斷面除上述5處水位監(jiān)測斷面外，又增加了黑虎泉東、西斷面2處。由于黑虎泉群就在護(hù)城河內(nèi)，而護(hù)城河水源又包含了趵突泉群，且護(hù)城河水流向不定，因此黑虎泉流量只能通過監(jiān)測黑虎泉東、西斷面流量和趵突泉流量，經(jīng)過計算反推得到。

（3）監(jiān)測中心

監(jiān)測中心設(shè)在濟(jì)南市水利局，監(jiān)測中心依據(jù)獲取的實(shí)時水位和流量巡測數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)軟件自動率定現(xiàn)水位～流量關(guān)系曲線，實(shí)現(xiàn)泉水流量的實(shí)時查詢和顯示。監(jiān)測中心主要包含水位信息自動接收系統(tǒng)、實(shí)時流量監(jiān)測系統(tǒng)軟件組成。

三、主要建設(shè)內(nèi)容

1.監(jiān)測斷面的選擇

四大泉群共布設(shè)流量監(jiān)測斷面7處，分別是：趵突泉東、西測流斷面；黑虎泉東、西測流斷面；珍珠泉測流斷面；五龍?zhí)稏|、西測流斷面。

2.水位監(jiān)測方案

趵突泉東、西斷面及珍珠泉斷面，采用浮子式水位計進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，五龍?zhí)稏|、西斷面采用雷達(dá)水位計實(shí)時監(jiān)測，當(dāng)水位變化超過1cm或水位無變化每隔4h定時傳送一次監(jiān)測斷面水位數(shù)據(jù)。

3.流量監(jiān)測方案

各監(jiān)測斷面均勻布設(shè)垂線，嚴(yán)格按照《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-93）要求，采用流速儀精測法測量各監(jiān)測斷面的出流量。通過監(jiān)測的與實(shí)測流量對應(yīng)的各斷面的瞬時水位與流量建立水位～流量關(guān)系曲線，推算出任意時刻的瞬時流量和時段泉水出水量。

圖1 濟(jì)南四大泉群實(shí)時水位遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

四、流量監(jiān)測過程

1.測流斷面位置選擇

四大泉群共布設(shè)流量監(jiān)測斷面7處，各監(jiān)測斷面選擇附近渠道順直、水流平穩(wěn)、易于人工施測的測橋。

2.測流儀器設(shè)備選擇

巡測隊配備旋槳式流速儀4架，走航式ADCP1臺。在實(shí)際監(jiān)測過程中，低水時采用低速流速儀測流，中、高水時采用流速儀法橋測或采用走航式ADCP進(jìn)行測流。

3.監(jiān)測頻次

（1）水位監(jiān)測：當(dāng)水位變化超過1cm或水位無變化每隔4h定時自動傳送一次各監(jiān)測斷面水位數(shù)據(jù)，每次測流時人工校測一次水位。

（2）流量監(jiān)測：各監(jiān)測斷面每周監(jiān)測流量一次。并根據(jù)趵突泉噴涌變化情況，適當(dāng)增加測次。

五、結(jié)語

水生態(tài)監(jiān)測是為合理開發(fā)利用和保護(hù)水土資源提供系統(tǒng)水文水環(huán)境資料的一項重要基礎(chǔ)工作，是水生態(tài)、水資源、水安全科學(xué)管理和保護(hù)的基礎(chǔ)。通過水生態(tài)監(jiān)測，及時、準(zhǔn)確、全面地反映水體環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為水生態(tài)文明建設(shè)、水生態(tài)修復(fù)、水資源規(guī)劃、水污染防治、生態(tài)預(yù)警等提供科學(xué)依據(jù)。作為全國首個水生態(tài)文明城市試點(diǎn)，濟(jì)南市提出了實(shí)現(xiàn)“泉涌、湖清、河暢、水凈、景美”的水生態(tài)文明城市建設(shè)目標(biāo)。

做好試點(diǎn)市水生態(tài)監(jiān)測工作，濟(jì)南市還應(yīng)在現(xiàn)有水文水資源監(jiān)測站網(wǎng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，科學(xué)論證，進(jìn)一步完善水生態(tài)監(jiān)測站網(wǎng)，加強(qiáng)監(jiān)測和能力建設(shè)，科學(xué)地分析各監(jiān)測指標(biāo)，為逐步完善水生態(tài)監(jiān)測評價指標(biāo)體系，加快推進(jìn)水生態(tài)監(jiān)測試點(diǎn)工作、提高水生態(tài)監(jiān)測預(yù)警水平、盡快完善濟(jì)南市生態(tài)水文服務(wù)體系打下了堅實(shí)基礎(chǔ)

（作者單位：山東省水文局 250000山東省濰坊市水文局 261000）