，，

(長江委中游局赤壁分局，湖北 赤壁 437300)

1 前 言

步入二十一世紀(jì)以來，我國的社會經(jīng)濟(jì)一直保持著飛速發(fā)展的勁頭，尤其信息化建設(shè)可謂日新月異。發(fā)展是“雙刃劍”，給水文測站帶來兩個(gè)顯著的影響。一是不斷新建的水利工程改變了水文站所在河段的天然水沙特性，明顯或者隱性地改變了測站的測驗(yàn)條件，給正常水文測驗(yàn)工作造成一定的影響，導(dǎo)致我們需要進(jìn)行水文監(jiān)測比測分析、對測驗(yàn)方式方法進(jìn)行改變，甚至可能迫使設(shè)立多年的水文站不得已撤銷、遷移；二是新的科學(xué)技術(shù)、信息化建設(shè)的發(fā)展，給水文站測驗(yàn)方式方法帶來了新的可能，不斷涌現(xiàn)的新儀器新設(shè)備有ADCP、電波流速儀、雷達(dá)波測速儀、雷達(dá)側(cè)掃測速儀、影像技術(shù)測速儀、lisst現(xiàn)場測沙儀等。放眼全國水文行業(yè)，這些新儀器設(shè)備正在或即將成為水文測驗(yàn)新手段，加上預(yù)報(bào)及整編項(xiàng)目的運(yùn)行系統(tǒng)整合升級，整個(gè)水文行業(yè)從外業(yè)測驗(yàn)到數(shù)據(jù)應(yīng)用即將發(fā)生一場翻天覆地的重大變革。因此，本文針對受水利工程建設(shè)影響水文站及新技術(shù)運(yùn)用比測開展情況等方面，對陸水流域水文站運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出解決辦法。

2 基本情況

2.1 流域概況

陸水河為長江中游南岸的一級支流，源出湘、鄂、贛三省交界的幕阜山北麓通城縣黃龍山，流經(jīng)湖北省通城、崇陽、赤壁、嘉魚四縣市，在赤壁古戰(zhàn)場下游的洪廟注入長江，全長183km。陸水水系發(fā)育總體呈羽狀分布，河長大于5km的支流有98條，比較長的有6條。其中流域面積在50 km2以上的支流21條，地勢東南高、西北低。陸水流域位于鄂東南主要暴雨區(qū)內(nèi)，流域面積3 950 km2，年徑流量29×108m3。

2.2 流域內(nèi)水利工程現(xiàn)狀

據(jù)《崇陽縣水利志》及陸水樞紐管理局工程資料可知，陸水流域水能理淪蘊(yùn)藏量18.87萬kW，可開發(fā)量10.3萬kW，年發(fā)電量3.97億kW·h。流域主要水資源開發(fā)利用情況如下。

2.2.1 水庫

為了加快三峽工程工作進(jìn)程而修建的三峽實(shí)驗(yàn)壩。長江水利委員會(原長江流域規(guī)劃辦公室) 于1959年在陸水河中段的湖北省赤壁市(原蒲圻縣)攔河建壩,修建了陸水水庫。陸水蒲圻水利樞紐位于陸水干流山谷出口處的湖北省赤壁市城區(qū)東南側(cè)，東經(jīng)113°53′22″北緯29°41′41″,樞紐控制流域面積3 270 km2，占全流域面積的86.1%。陸水水庫為流域內(nèi)最大水庫，總庫容為7.06×108m3,有效庫容6.7×108m3。水庫電站總裝機(jī)容量為35 200kW，年發(fā)電量1億kW·h左右。工程承擔(dān)著保護(hù)下游赤壁市區(qū)和15萬畝農(nóng)田防洪安全。陸水水庫是一座以防洪為主，兼有灌溉、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、供水、旅游及試驗(yàn)等綜合任務(wù)的大(Ⅱ)型水利樞紐。

流域內(nèi)建成的大型水庫除了陸水水庫，還有青山水庫，其控制流域面積為441 km2，水庫蓄水面積約18 km2，總庫容4.3億m3，設(shè)計(jì)灌溉面積l萬hm2，裝機(jī)1.37萬 kW，水庫以防洪、灌溉為主，兼顧發(fā)電、供水和養(yǎng)殖等綜合利用效益。此外，流域內(nèi)陸續(xù)還興建有中型水庫8座，小型水庫164座，合計(jì)總庫容達(dá)13.8億m3。上游雋水百丈潭5級開發(fā)已全部建成，裝機(jī)0.53萬kW；菖蒲港支流云溪5級已全部建成，裝機(jī)0.34萬kW。

2.2.2 水電站

2.2.2.1青山水庫梯級電站

青山河系陸水右岸支流，屬山溪性河流。流域內(nèi)多年平均降雨量1 599 mm，多年平均來水量4.03×108m3,水資源豐富。1971年建成青山水庫，隨后建成一、二、三級電站和東干渠首電站(已關(guān)閉)，裝機(jī)11臺共13 725 kw，年均發(fā)電量3 800多萬kw·h。

2.2.2.2天城水電站(四級電站)

天城水電站位于崇陽大橋上游530 m處，距青山三級水電站5 km，是崇陽縣在陸水河上建成的第一座水電站，為低水頭、大流量河床式電站?？刂苼硭娣e2 170 km2，占全流域面積的56%，多年平均流量67.5 m3/s。上游建有青山等大、中型水庫10座，小型水庫77座，小水電站89座，對天城水電站有較好調(diào)節(jié)作用。

天城水電站洪水標(biāo)準(zhǔn)按30年一遇設(shè)計(jì)，洪峰流量5 100 m3/s；300年一遇校核，洪峰流量8 820 m3/s。工程由船閘、攔河閘、電廠3部分組成。

2.2.2.3其他水電站

位于陸水河各支流之上也建有多個(gè)小型水電站，如香山水電站、臺山水電站、楊林橋水電站、石壁水電站、河坪水電站等。

2.2.3 陸水水庫下游水利工程

陸水水庫下游約3 km處，于2010年修建有陸水蒲圻橡膠壩，主要起雍水抬高水位以作城市景觀用水之需。

陸水水庫下游31.50 km處，于2012年修建有陸水河節(jié)堤航運(yùn)發(fā)電樞紐工程，該工程是一座以航運(yùn)、發(fā)電為主，兼有旅游、防洪、灌溉、養(yǎng)殖及滅螺等于一體的綜合水利樞紐工程。通航建筑物為Ⅳ級航道500 t級船閘，裝機(jī)8 000 kW。

綜上可知，由于經(jīng)濟(jì)與社會的高速發(fā)展，陸水流域水利工程建設(shè)如雨后春筍，數(shù)量逐年增加。主要水利工程類型為：蓄水工程、電站工程、河閘工程、引排水工程、橡膠壩工程。

3 陸水流域水文站網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀

3.1 流域水文站網(wǎng)現(xiàn)狀

水文站網(wǎng)是在一定地區(qū)、按一定原則、由適當(dāng)數(shù)量的各類水文測站構(gòu)成的水文資料收集系統(tǒng)。為修建陸水蒲圻水利樞紐以及樞紐防洪調(diào)度，陸水流域內(nèi)先后興建和完善了一批水文站、雨量站、水位站，水文站網(wǎng)初具規(guī)模。隨著社會經(jīng)濟(jì)和水利事業(yè)的發(fā)展,特別是20世紀(jì)60～70年代水文站網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，形成目前陸水流域布局相對合理、監(jiān)測項(xiàng)目相對齊全的水文站網(wǎng)。到目前為止，長江水利委員會在陸水流域共設(shè)有水文站7個(gè)、水位站9個(gè)雨量站20個(gè)和蒸發(fā)站1個(gè)，各類站點(diǎn)均具有30年以上的歷史。詳見表1，圖1。

陸水水庫設(shè)三個(gè)入庫控制站，崇陽(二)水文站、毛家橋(二)站及白霓橋(二)站，三站地處鄂東南山區(qū)，均為國家基本控制站，來水主要源于斷面上游降雨及上游電站發(fā)電開閘泄水。陸水水庫壩址下游約2.4km設(shè)出庫控制站，名為陸水水庫(蒲圻)站。

表1 陸水流域水文站網(wǎng)測站一覽表

圖1 測站分布圖

3.2 受水利工程影響現(xiàn)狀

陸水河落差大，河水清，從上而下綿延數(shù)百公里，屬山溪性河流，洪水暴漲暴落，河床多為卵石夾沙，河道斷面多年來基本穩(wěn)定，沖刷不明顯。陸水河上游擁有一、二、三、四級梯級等多座電站，下游有節(jié)提航電樞紐工程。這些縱橫交錯，星羅棋布的水利工程，一方面在經(jīng)濟(jì)建設(shè)和興利減災(zāi)中發(fā)揮著重要作用，另一方面對水文站網(wǎng)造成一定影響：導(dǎo)致河道上下游水情、水文測站工作發(fā)生重大變化；持續(xù)影響著流域水文資料的“三性”；給水文測驗(yàn)、預(yù)報(bào)等工作造成一定困難和挑戰(zhàn)。陸水流域內(nèi)水文測站受水利工程影響具體現(xiàn)狀如下：

3.2.1 對水文測站的影響

崇陽(二)站所在河道為陸水河，位于陸水樞紐水電站上游約34 km處，陸水水庫高水期對崇陽(二)站斷面頂托影響比較明顯。而該站又位于天城水電站下游約700 m處，此電站的日常發(fā)電、閘門啟閉，對崇陽(二)站斷面流量測驗(yàn)影響最明顯，可以說崇陽(二)站的測驗(yàn)斷面受著水利工程的上下“兩面夾擊”，電站的閘門啟閉變化和下游水庫的回水頂托使得該站水位流量關(guān)系極為復(fù)雜，日常流量測驗(yàn)布置極具挑戰(zhàn)。

毛家橋(二)站所在河道為高堤河，白霓橋(二)站所在河道為大市河，兩河在斷面下游2.5 km處匯合后約經(jīng)3 km后匯入陸水水庫,在出口下游34 km為陸水水庫水利樞紐控制。此兩站均為典型的山溪性河流測站，而白霓橋(二)站上游約6 km又建有農(nóng)村小電站一座，名為大市水電站，因此，在低水期白霓橋(二)站同時(shí)又是一個(gè)水利工程控制站，水位流量關(guān)系呈“幾”字型變化，在這3個(gè)入庫控制站中，僅毛家橋(二)站的水位流量關(guān)系仍保留為較天然的自然單一線關(guān)系。

陸水水庫(蒲圻)站始建于1953年，是控制陸水水庫下游出庫水量的基本水文站。該測驗(yàn)斷面是陸水水庫站流量率定斷面，斷面位于陸水大壩下游2 430 m。隨著城市發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，地方政府為了改善供水和生態(tài)旅游環(huán)境，于2010年建成的陸水蒲圻橡膠壩，使陸水水庫(蒲圻)站成為庫區(qū)，中、低水測驗(yàn)受到影響。2012年斷面下游31.5 km處修建節(jié)堤航電樞紐水利工程，該工程2013年下閘蓄水發(fā)電后，橡膠壩失去效能，但陸水水庫(蒲圻)站斷面仍然長期處于低流量高水位，對該站水位流量關(guān)系影響較為嚴(yán)重。而該站的上游來水主要為陸水電站發(fā)電棄水和汛期的泄洪棄水。因此，陸水水庫(蒲圻)站和崇陽(二)站一樣，測驗(yàn)斷面受著水利工程的上下“兩面夾擊”，日常測驗(yàn)工作開展難度大。

其他水位站、雨量站、蒸發(fā)站等測驗(yàn)工作受水利工程影響有限，在此不做展開分析。

簡言之，水文測站的主要工作對象是河道中的水流，測驗(yàn)項(xiàng)目主要是水位、流量、泥沙。因水利工程的建設(shè)改變了河道的天然屬性，破壞了水文測驗(yàn)斷面來水來沙規(guī)律，改變了水位流量關(guān)系，改變了河流徑流量的年內(nèi)分布和年際分布，因而也必然對水文站水文監(jiān)測產(chǎn)生影響。

3.2.2 對水文站網(wǎng)的影響

從整個(gè)站網(wǎng)的宏觀角度分析，水文站的測驗(yàn)因水利工程遭受的影響也必然會牽連到水文站網(wǎng)的整體運(yùn)營。(1)改變了河流徑流量、洪量的時(shí)空變化規(guī)律，從而影響整個(gè)水庫的水量平衡計(jì)算，同時(shí)水文資料的“三性”的穩(wěn)定也會遭到破壞；(2)如果水文測站測段河道改變嚴(yán)重，水文測站失去原有建站目的，導(dǎo)致水文測站不得已撤銷或者搬遷，從而影響整個(gè)站網(wǎng)的布局合理性。

3.3 測驗(yàn)手段現(xiàn)狀

崇陽(二)站、毛家橋(二)站及白霓橋(二)站三個(gè)入庫站，以及出庫控制站陸水水庫(蒲圻)站，目前的常規(guī)流量測驗(yàn)方案均為纜道轉(zhuǎn)子式流速儀或ADCP，非常規(guī)測驗(yàn)方案有浮標(biāo)及電波流速儀。常規(guī)法流速資料采用LS25-3A型或LS78型流速儀施測，施測垂線5～9條，平均測驗(yàn)時(shí)間在1h，測驗(yàn)精度和時(shí)效性都受到測驗(yàn)手段的影響。

ADCP測流時(shí)間短，但在洪水快速上漲的過程中,河道水面及水中漂浮物較多，給纜道或ADCP測流帶來極大的安全隱患，尤其是高洪漲水時(shí)期，儀器根本無法下水測驗(yàn),這就很可能造成最佳測驗(yàn)時(shí)機(jī)的貽誤。再則，崇陽(二)站所處斷面的流量變化受水利工程影響較大：中低水時(shí)期主要受上游天城水電站下泄流量影響；高水時(shí)期還要受到下游陸水水庫的頂托影響。采用LS25-3A型或LS78型流速儀施測時(shí)間過長，可能造成實(shí)測流量值代表性差。

4 對策分析

從上述測站現(xiàn)狀可知，由于受水利水電工程蓄水、放水及引水多種因素影響，測站測驗(yàn)河段內(nèi)水位、流速變化頻繁，水位流量關(guān)系復(fù)雜，天然的水沙特性遭到破壞，良好的測站控制條件逐步變差，測次要求越來越多，中、低水流量測驗(yàn)精度難保證，而高水測驗(yàn)以目前的測驗(yàn)手段又同時(shí)存在效率和安全問題，也給開展巡測帶來了很大的挑戰(zhàn)。

流域內(nèi)水利工程星羅棋布，測站遷移已遷無可遷，再則，水利工程對流域內(nèi)水文測站產(chǎn)生的影響主要是測量精度和效率，為了有效緩解水利工程對水文站的影響，同時(shí)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，可考慮引入網(wǎng)絡(luò)信息云時(shí)代的概念，讓流量測驗(yàn)也和水位、雨量一樣，實(shí)現(xiàn)無人值守的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。所有測驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)非接觸式、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，是未來水文監(jiān)測的大趨勢。

近年，雷達(dá)波自動測流系統(tǒng)在全國推廣，其特點(diǎn)是適用于中小河流、水文巡測等，恰好比較符合陸水流域的水文特性和測驗(yàn)環(huán)境。利用微波多普勒原理測量水面流速，測量流速時(shí)儀器不接觸水體，依靠向水面發(fā)射微波的回波來測量水面流速。能夠提高儀器的的可靠性和人員的安全，降低測站的維護(hù)成本和人員的勞動強(qiáng)度，而且該儀器具有安裝維護(hù)方便、施工費(fèi)用低、全自動穩(wěn)定、測驗(yàn)時(shí)間短，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測可靠等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高洪測流。此系統(tǒng)意義非凡，有望將水文測驗(yàn)人員從繁瑣的流量測驗(yàn)工作中解放出來，去進(jìn)行更多的水文基礎(chǔ)研究。

崇陽(二)站及白霓橋(二)站于2017年均引進(jìn)了雷達(dá)波流速儀流量測驗(yàn)設(shè)備，并分別開展纜道拖拽雷達(dá)波流速儀及定點(diǎn)安裝雷達(dá)波流速儀兩種方式的比測分析專項(xiàng)工作。經(jīng)初步比測分析，雷達(dá)波流速儀在崇陽(二)站及白霓橋(二)站的比測效果較好，基本能夠滿足相關(guān)規(guī)范的精度要求，應(yīng)用前景良好。此外，除了這種點(diǎn)雷達(dá)流速儀，還有更為先進(jìn)的側(cè)掃雷達(dá)流速儀，對河流表面流場，網(wǎng)格點(diǎn)流速進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，它的雷達(dá)安裝在河岸上，天線主軸垂直于河流，優(yōu)于需要迎測的點(diǎn)流速表面監(jiān)測技術(shù)，但由于目前價(jià)格昂貴，暫不能普及。在這兩個(gè)測站里，同時(shí)進(jìn)入比測行列的還有基于影像技術(shù)分析的在線監(jiān)測系統(tǒng)，目前正在安裝試運(yùn)行過程中。

5 結(jié)束語

總之，水文站網(wǎng)對整個(gè)水文工作起著重大作用，站網(wǎng)的布局是水文工作的戰(zhàn)略部署。而水利工程的建設(shè)對站網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生的影響，主要是存在于水文監(jiān)測過程。站網(wǎng)的水文監(jiān)測成果重要性不言而喻，我們要采用先進(jìn)的思想和技術(shù)去積極應(yīng)對，新儀器新設(shè)備的使用、維護(hù)，可以提高監(jiān)測能力，從根本上改進(jìn)測驗(yàn)手段和方法，徹底解決測驗(yàn)難題。

再則，陸水水情分中心是流域內(nèi)各個(gè)測站信息在線采集后統(tǒng)一輸送的目的地，也是向上一級水情預(yù)報(bào)部門輸送水情的始發(fā)地。因此分中心的運(yùn)行軟件及系統(tǒng)的更新和穩(wěn)定也尤為重要。隨著信息化、人工智能時(shí)代的到來，水文測驗(yàn)、預(yù)報(bào)、整編系統(tǒng)應(yīng)互聯(lián)整合，全面提升水文監(jiān)測能力，全面提高水文服務(wù)水平。未來的水文行業(yè)，應(yīng)是測報(bào)、整一條龍的全自動系統(tǒng)，將徹底顛覆傳統(tǒng)的水文技術(shù)。這就需要我們解放思想，積極轉(zhuǎn)變水文服務(wù)發(fā)展方向，邁開大步，去開創(chuàng)更廣闊的市場，去創(chuàng)造更豐富的社會價(jià)值。