中小河流水文监测系统在平顶山地区的应用与优化

郭林

（河南省平顶山水文水资源勘测局，河南 平顶山 467000）

1 平顶山地区概况

平顶山市北临省会郑州，东北接许昌市，向东为漯河市，西南与南阳市接壤，西北与洛阳市接壤。地理位置介于东经120°14′～133°41′，北纬33°08′～34°20′，东西长144 km，南北宽133 km。地势西高东低，呈阶梯状递降，海拔最高2 153.10 m，最低68.50 m。

平顶山市境内河流众多，均属淮河流域，总流域面积7 882 km2，分属于沙颍河和洪汝河两个水系。其中沙颍河水系集水面积50 km2以上河流53条，洪汝河水系集水面积50 km2以上河流4 条。在平顶山范围内的流域面积为7 305 km2，占全市辖区面积的92.70 %，该水系中流域面积在1 000 km2以上的河流4 条，自南向北依次为甘江河、澧河、沙河和北汝河。

受季风气候影响，全市降水量地区分布不均，降水量主要集中在夏季，多年平均降水量为861.10 mm，降水量自西北向东南逐渐递增。舞钢市南部，鲁山县西南部受季风影响，西南部是海拔1 000多米的伏牛山和原始森林，冷空气受到北低南高的地势抬举，增加空气饱和度，加上夏季地方性热对流的影响，形成了中南部的两个暴雨中心。

2 平顶山中小河流水文监测系统

平顶山中小河流水文监测系统巡测水文站7个，监测包含水位、流量和降水量三个项目巡测水文站基本情况见表1。

表1 平顶山中小河流巡测水文站基本情况表

平顶山中小河流水文监测系统水位站有澎河、米湾、马庙、涧山口、河陈、老虎洞、陈沟、安寺坡、夏店、大张、东土门、堂南岭、西安沟、小山沟、荒草寺、友谊、枣园、水磨湾、寺街、山头赵、王湾、红旗22处均为中小型水库水位站。监测包含水位、降水量两个项目。雨量站有89个，包含已设的基本雨量站、遥测雨量站。

3 建设情况与巡测应急响应方案

3.1 测站建设标准

平顶山中小河流水文监测系统工程建设完成7 个重要中小河流水文站点控制，依据《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL276-2002）、《水位观测标准》（GB/T 50138-2010）的规定，水文巡测站设施建设确定的防洪标准为50年一遇，测洪标准为30年一遇。在22个山区中小型水库布设水位站，保证30分钟以上的预见期；水位站自记井建设标准采用混凝土式、钢筒式和雷达式三种形式，水位设计有最高水位和最低水位。雨量站的布设满足降水量与径流之间转化规律分析需要和洪水预报要求。

3.2 巡测应急响应方案

目前平顶山水中小河流巡测水文站任务由水文站负责流量巡测监测工作；中小河流水位站和雨量站的设备管理维护由平顶山水文局派专人维护管理。

平顶山中小河流巡测应急响应机制分为三级，具体启动条件及响应措施，如下：

一级应急响应：辖区发生降雨超200 mm、重大洪水、干旱、水污染等事件时启动。

除了“水上飞行”以外，还说他有“一鹤冲天”的功力。此事是发生在宣统登基那年，张三爷护送钦差赴西藏颁诏途中。在路过川藏交界处的鸡鸣关时，因为山势陡峭，张三爷的坐马突然失蹄，坠落深涧，众人皆以为张三必死无疑，结果张三竟然完好无损的回来了。传说是在马匹坠落山涧的一刹那，张三用“一鹤冲天”的功夫，飞到对面山顶上去了。

二级应急响应：辖区发生降雨超100 mm、较大洪水、干旱、水污染等事件时启动。

三级应急响应：辖区发生降雨超50 mm、一般洪水、干旱、水污染事件时启动。

平顶山水文局水文巡测突击队视相应级别及时出击支援；相应水文测区须安排人员驻测基本水文站，出击抢测巡测站流量，整理分析数据，水情人员负责水情信息收集、分析，向市局报送；市水情科人员负责水情信息再分析，在市水文局、市防汛部门等领导会商决策后再发布。

平时巡测方式主要涉水、桥测等，汛期大水期间，增加巡测次数，结合洪水情况及当地地形状况，采用桥测、涉水、ADCP、电波流速仪等多种测验方式，协助辖区内各站进行流量测量。

4 中小河流水文监测系统监测成果分析

监测资料来源2016 年至2020 年间，7 个巡测水文站实测大断面及实测流量资料；水位资料来自7个巡测水文站及22个水位站的遥测水位数据；雨量资料来自89 个雨量站遥测雨量数据（数据繁多不再列举）。

4.1 实测大断面分析

从近5年实测大断面资料可以看出7个中小河流巡测水文站断面都发生改变，河道治理、清淤或垃圾填埋等各种原因，其中龙泉寨站大断面变化最大，断面形状全面规整。东盆王站大断面经河道治理后，主河槽下降约1.50 m，任庄站河道治理拆除设备至今还未恢复。

4.2 降水量分析

平顶山中小河流监测系统共有118个降水量站点，布设在中小河流巡测站及水位站上游，形成一个有效的监测网。从降水资料可以看出，降水量分布极不平均，东南地区降水较集中在7、8 月份，西部山区集中在5、6、7 月份，中部集中在6、7 月份，西北部降水量较其他地区偏少，年降水量最大的站点比年降水最小的站点多出一倍，见表2。

表2 平顶山中小河流降水量特征值统计表

4.3水位分析

从水位观测站点资料，可以看出遥测设备运行正常时，可以全面的监测到洪水水位过程，5 min 发送数据也能满足精准预报要求（如罗庄站洪水过程线图见图1）。但从资料中也可以看出，遥测设备如果出现问题，数据全部中断，没有备用设备，数据无法补救。

图1 罗庄站水位过程线图

4.4 流量分析

除任庄站因河道治理还未恢复，其他站情况都差不多，现以罗庄站流量分析为例，由图2可以看出低水位部分与理论线符合，中高水位理论值偏大。这与断面经过清淤、治理有部分关系，主要原因还是中高水位时的理论线与实际不符，需要大量中高水位时实测流量，不断地优化综合线，来增加中小河流监测系统的预报精度。

图2 罗庄站实测综合线与理论水位-流量线比较图

从2016 年中小河流监测系统建成在平顶山运行以来，只有5年的时间，各种资料正在收集中，7个巡测站日常流量都极少，各站实测流量0.10～0.40 m3/s，在受流域内上游暴雨影响，且陡涨陡落流量资料收集难度大。

5 平顶山中小河流水文监测系统现状探讨与优化

5.1 中小河流预报预警系统现状及优化

现状：因平顶山地形特殊，中小河流洪水汇流速度快，陡涨陡落、灾害性大。南部及西南部、西北部为几个暴雨中心，位置较为接近，较容易发生区域性洪水。中小河流水文监测系统运行这几年，除部分河道出现涨水外，大部分河道未出现较大洪水，各站没有率定中高水位流量关系曲线；还是采用2014年的水位流量关系线（理论线）进行查线报汛，利用视频监控，其后进行调查，修订报汛线；中小型水库无成型预报方案，达到一定水位时发布预警，这种简易预报方法很难达到预报预警要求。

优化：建立健全平顶山中小河流预报预警系统，可以构建基于暴雨洪水特征模式的新型中小河流智能预报系统，将本流域内地型地理特点与状态和历年洪水的过程、情势、降水分布等进行模式的提取，建立暴雨洪水特征模式库。从初始建模到情势优化再到形状控制，来对洪峰预报进行校正。还可以将有水文资料站点的预报方法和模型参数移植到水文资料较少的站点来提高洪水预报预警的精度。

5.2 平顶山中小河流应急监测方案实践现状及优化

现状：当本区域发生洪水时，各个水文站没有水利内网，巡测站的水位信息不能随时查询掌握，对巡测站的洪峰时间全靠经验估计，加之本站测报任务繁重，部分站达到一小时一测报，而测站只有3 人，无法巡测造成错失推测洪峰机会；巡测路线规划失当，巡测站发生洪水，前去巡测的车辆遇到另一个支流漫堤道路不通，不能准时到达巡测断面。

优化：重新细化修订巡测方案，在突发情况下，能启用备用路线、备用断面和备用应急巡测队。在确定备用路线时要充分考虑突发情况，如断路、断桥、路障、修路、拥堵等；在确定备用断面时要充分地经过实际调查断面情况，是否满足测验条件，是否有支流的汇入等；在确定备用应急巡测队时可以考虑跨区域联合抢测，当本区域中小河流发生洪水，其他区域的巡测队可以支援抢测，实现联合测洪。

5.3 中小河流水文应急设备运转现状及优化

现状：中小河流的雨量站点采用的地面观测雨量，雨量遥测设备运转在线率达到95.60%，设备故障无备用设备，在预报中存在时空分布及精度不准的问题。水位站设备运转存在进水口淤堵，校核不及时，且无备用设备，存在定时不发报，水位数据变化较大，在预报预警中存在数据缺失、失真问题。水文巡测站水位设备没有委托人员进行人工观读校核，流量仅能靠主管水文站进行巡测，缺少过程召测能力，当仪器出现问题，提取数据分析时均需人员到现场调试解决。

优化：中小河流洪水预报预警降水数据一直采用地面遥测雨量观测，可以引进卫星遥感、雷达测雨等高时空分辨率的产品，提升2 小时以内的定量降水预报及洪水预报的精度；地面降水量可采用翻斗雨量遥测设备观测及北斗双信道。水位观测采用浮子水位计自记为主，水位图像识别系统观读为辅，直立式水尺人工观读校测；流量采用固定式雷达监测设备为主，由测区水文局负责中低水在公路桥利用桥测设备悬吊流速仪和ADCP，高洪水采用ADCP 或无人机测流系统进行实测流量并对水位流量关系曲线进行修订。

5.4 中小河流水文监测的质量控制现状及优化

现状：中小河流水文巡测工作是一个综合性强的工作，应急巡测中随时可能出现特大暴雨洪水突袭的情况，而平顶山地区水文站站点多、分布广而散、基层水文人员大多在偏远山区，人员、车辆及应急设备配置较少。水文巡测新技术、新设备的应用，对水文工作者的知识水平、思想认识等都提出了新的要求，而基础人员培训只进行了简单的培训，掌握设备的简单操作，而难以明了其精髓，中小河流监测质量不能保证。

优化：目前中国已经出台了有关水文巡测的规范，水文巡测要按规范对各个数据进行详细记录。根据本区域中小河流巡测站的具体水文特点，进行区域性巡测、沿线路巡测、常年巡测或季节性巡测，来控制好各个水文巡测站的关键测次。加强水文巡测系统基础设备设施的建立，配齐水文测区巡测车辆、ADCP、GPS 等设备，在洪水期能及时出车执行巡测，及时有效地监测相关的信息，提供可靠的数据；提高工作人员专业水平和综合素质，水文巡测不仅要对巡测人员进行简单的仪器操作培训，还要进行综合的培训；特别是要加强对水文巡测人员分析能力的培训，使其能对水文巡测资料进行分析，根据水量平衡分析、上下游流量对照、降雨径流相关分析等这些方式，对相关资料进行合理性审查，提高资料成果的质量。

6 结语

平顶山地区中小河流因地理因素，灾害性大、频发率高、且陡涨陡落汇流速度快、突发性很强，加强中小河流水文监测系统建设，进一步优化应急巡测方案，提高预报预警的精度，使其有效地在防汛决策指挥、保障人民群众生命财产安全等方面发挥更大的作用。