黄泥庄水文监测站水文监测及特征分析

张 炜

（六安水文水资源局，安徽 六安 237300）

1 黄泥庄水文监测站概况

黄泥庄水文监测站建成于1956 年，位于安徽省金寨县南溪镇丁埠村，是安徽省二类精度站，集水面积805 km2，属于淮河流域史河水系，是梅山水库入库控制站，监测站与河口之间的距离为151 km，与黄海基面较差值-0.059 m，主要为防汛抗旱、水资源等服务。

黄泥庄水文监测站的监测河道及断面比较稳定，为砂卵石河床，河道两岸山体为自然山体。1998 年在检测断面上游6 km 处建造了黄庄水库和黄庄电站，2010 年在检测断面下游600 m处建造了甲河水库和甲河电站，属于蓄水区范围。黄泥庄水文监测站为山区性河流，水情变化受降雨影响，暴涨暴落。由于受黄庄电站和甲河电站发电影响，在低枯水期，水位、流量很难施测。尤其是甲河电站蓄水发电对黄泥庄水位流量关系带来巨大影响，水位流量关系极为紊乱，急需构建水文信息全过程监测系统，来对水文特征进行分析。

黄泥庄水文监测站共设有5个水准点，其中1个引据点、3个基本点和1个校核点。

2 水位监测室内试验

用水位计对水位面压力和同时刻大气压力检测，两个压力值相减换算出对应水位值，水位计型号HOBO U20-001-0X。

在进行水位监测前，需要通过数次校正试验，求得该水位计的压力与水位间的换算参数。用亚克力材料加工压力水位校正试验设备，设备尺寸长20 cm、宽2 cm、高30 cm，共由两部分组成。其中上半部分的高度为30 cm，对不同水位情况进行模拟，下半部分的高度为20 cm，设置有直径3 cm、高14 cm 的圆柱筒，将水位计1 安装在圆柱筒中，进行河道安装水位计的模拟，将水位计2安装在试验设备外部与水位计1等高。将水加入试验设备中，模拟水位不断升高。水位计1测量的是大气和水的压力之和，水位计2 测量同一时间的大气压力，记录水位计测量时试验设备中的水位值。

试验结束后，根据两个水位计间压力差，得到水位计的压力与水位间换算关系，换算对应的水位。换算公式为：

式中：H表示水位，单位m；P1表示大气和水的压力之和，单位103N/m3；表示大气压力，单位103N/m2；表示常温时水的密度，一般取值为1.0 kg/m3；g表示重力加速度，一般取值为9.8 m/s2。

分别进行三次试验，并对实际水位与监测水位进行线性拟合，三次线性拟合如图1所示。

图1 实际水位与监测水位拟合图

从图1 中可以看出，三次试验的水位拟合均比较好，确定性系数大于0.99。监测水位略小于实际水位，原因是在对压力和水位进行转换时，重力加速度的取值存在不同。将试验结果进行拟合，得到压力与水位换算系数约为9.219 m/s2。此外，通过试验可知，在水位较低（小于10 cm）时，监测水位与实际水位之间存在较大误差，主要原因是水位计测量压力的气孔位置在其底部。在实际检测中，通过将水位计埋进地面以下，使水位计的顶部和水位为零时高度一致，从而减小监测误差。总之，通过埋设水位计的方法监测枯水期水位是可行的。

3 黄泥庄水文监测站水文信息全过程监测系统

3.1 黄泥庄水文监测站水文信息监测要求

3.1.1 水位监测要求

黄泥庄水文监测站将水位分为高、中、低、枯四级，水位138 m 以上为高水位，135.20～138 m 之间为中水位，134.75～135.20 m之间为低水位，134.75 m以下为枯水位。

对于水位监测，严格执行《水位观测标准》中的相关规定。水位监测需要将水位整体的变化过程全部测量，从而能够进行后续的计算每日平均水位、水文信息整编、统计特征值和水情拍报等工作任务。水位监测全年采用自动监测，在汛期和有明显洪水过程期间，每天8：00进行校核，其余时期，每天10：00进行校核，校核形式有人工和视频两种形式。在水位误差超过2 cm时需要进行校核，在高（洪）水期间校测次数应适当增加。水位记录过程应实时监控自动监测，在出现故障时应及时将故障排除，在设备还没有恢复正常运行期间，采用人工或视频观测形式，具体要求为：在河道水位的变化较小时，每天对水位进行两次观测，观测时间分别为8：00和20：00；在河道水位的变化较小时，每天对水位进行四次观测；在水位变化剧烈或洪水期时，每天对水位观测次数不少于8次，需要将峰、谷和完整的水位变化过程全部测到。

3.1.2 降水监测要求

对于降水监测，按照《降水量观测规范》中的规定严格执行。降水监测全年采用自动监测，降雨日8 时观（校）测一次，暴雨期间需要将观（校）测次数进行适当增加。降雪、降雹期间采用人工观测的形式，除了在8 时观测一次外，需要将观测次数进行适当增加，并且需要对降雪深度、冰雹最大粒径和平均粒径进行测量。当降水自动监测设备出现故障时，需要及时将故障排除，在故障设备未恢复正常前，需要增加人工观测次数，以满足整编和报讯的要求。

3.1.3 流量监测要求

对于流量监测，严格执行《河流流量测验规范》中的相关规定，对于使用水文缆道流速仪的，应按照《水文缆道测验规范》中的要求进行测验。在进行流量测验时，需要使定线、每日流量和各特征值的要求都要得到满足，同时还应当满足防汛调度和抗旱的要求。流量监测采用高洪雷达波测流系统、缆道流速仪。流量测量次数按照水位级合理布置，发生洪水时，应对洪水的开始、峰值、峰腰两侧和回落都要进行测量。每年测量次数不少于15 次。对于水文监测站上、下游工情变化情况要随时了解，在出现特殊水情时需要及时增加测量。高洪雷达波自动测流成果满足要求时，采用高洪雷达波自动监测为主、人工进行校测的监测方式。

3.2 黄泥庄水文监测站水文信息全过程监测系统构建

黄泥庄水文监测站通过安装雨量计、水位计和流量计进行降水、水位和流量的立体监测。雨量计共安装2 台，为自记式雨量计，用来监测区域内的降水量。

河道内安装2 套自动测流装置，配备太阳能充电模块，并通过数据传输模块将监测的水位和流量数据实时传输，使河道水文信息实现全过程监测。

以检测期间发生的典型降水事件为案例，对降水期间水位和流量的特点进行分析，总结降水过程和上方水库启闭对河道水流特征的影响。使用水位计和视频监控设备对河道上河道水位和流量进行监测，分析和总结降水过程中河道水位和流量的变化过程，进而提前做好防洪预案。

4 黄泥庄水文监测站水文特征分析

4.1 黄泥庄水文监测站降水事件监测结果分析

选取2020 年的7 月10 日至7 月20 日降水事件进行研究，对河道水位、流量进行分析。此次降水事件起自2020 年7 月10 日8：00，讫于2020 年7 月20 日8：00，与此相对应的洪水时间起自2020 年7 月11 日8：00，讫于2020 年7 月23 日8：00，洪峰时间为7月19日7：07，此次洪水特征如表1所示。

表1 黄泥庄水文监测站降水事件洪水特征表

2020 年7 月19 日7：07 达到最高水位142.88 m，最大流量3 210 m3/s。7月20日8：00降水结束，水位和流量趋于稳定。

4.2 黄泥庄水文监测站水文特征

截至2022年末，黄泥庄水文监测站水文特征表略。

5 结语

黄泥庄水文监测站应用水位计和视频监控设备，对河道水位、降水和流量的长期、自动检测，构建了水文信息全过程监测系统。对区域内的水文信息进行统计分析，得出了控制区域内的水文特征。