開都-孔雀河流域水量監(jiān)測方案設(shè)計

宋虹兵

（塔里木河流域管理局，新疆 塔里木 841000）

開都-孔雀河流域水量監(jiān)測方案設(shè)計

宋虹兵

（塔里木河流域管理局，新疆 塔里木 841000）

文章對開都—孔雀河流域水量監(jiān)測方案進行了詳細(xì)的介紹。通過對開都—孔雀河24個重要引（退）水口實施水量監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)開都—孔雀河用水總量控制90%的目標(biāo)，加強了水資源的統(tǒng)一調(diào)度，提高了流域管理效率。

開都—孔雀河；水量監(jiān)測；方案

1 流域概況

開都—孔雀河流域位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州境內(nèi)，地處塔里木盆地東北部、塔克拉瑪干沙漠東北緣，該流域國民生產(chǎn)總值占巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）的80%以上，養(yǎng)育著流域內(nèi)6縣（市）及兵團第二師約100萬各族兒女，是巴州國民經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護的重要區(qū)域。流域總面積為7.70萬km2，主要由開都河、博斯騰湖、孔雀河和諸小河流水系組成，水資源總量44.07億m2（地表水42.01億m2，地下水2.06億m2）。

開都河發(fā)源于天山南麓中部的依連哈比爾尕山，全長560km，最終流入博斯騰湖，多年平均年徑流量35.18億m2；黃水溝、清水河、烏拉斯臺河、泉水溝、哈哈仁郭楞溝、莫呼查汗溝、烏什塔拉河、曲惠溝等諸小河也是博斯騰湖入湖水源，多年平均年徑流量6.2億m2。

博斯騰湖位于焉耆盆地東南部，是我國最大的的內(nèi)陸淡水湖，湖面高程1047.5m時水域面積約1100km2，庫容約80億m2。據(jù)有歷史數(shù)據(jù)記錄以來最高水位1049.39m（2002年），最低水位1044.81m（1986年）。湖水礦化度最高值1.6～2.02g/L（1986年），最低值1.17g/L（2003年）。

孔雀河源于博斯騰湖，流經(jīng)庫爾勒市、尉犁縣和若羌縣，其尾閭為羅布泊，河流全長942km，多年平均年徑流量為13.34億m3。自博斯騰湖揚水站投產(chǎn)運行后，孔雀河出流受人為控制。

2 水量調(diào)度監(jiān)測現(xiàn)狀

目前，開都—孔雀河流域重要引（退）水口共有24處?，F(xiàn)已有自動水位監(jiān)測站點5處，還需在重要引（退）水口等新建水位監(jiān)測站點19處。如表1所示。

2.1 全球氣候變化加劇了水資源的不確定性

開都河是一條由冰雪融水和降水補給為主的河流，受全球氣候變化影響，水文情勢波動增大，水資源不確定性增強。最大年（2002年）和最小年（1986年）年徑流量變化相差2.3倍。2012年開都河全年來水量約為31.56億m3，比2009年、2010年和2011年分別減少15%、25%和20%，甚至比多年平均值（35.31億m3）還偏少7.3%，是1996年以來山區(qū)來水最少年份。山區(qū)來水的波動性和不確定性增加了流域水資源管理的難度。

博斯騰湖水位在過去10年出現(xiàn)了持續(xù)下降態(tài)勢，由2002年的1049.39m（過去50年最高水位）下降到2012年的1045.06m，10年下降了4.33m，接近《巴音郭楞蒙古自治州博斯騰湖流域水環(huán)境保護及污染防治條例》規(guī)定的最低控制水位1045.00m。

表1 塔里木河流域開—孔河重要引（退）口統(tǒng)計表

2.2 博斯騰湖入湖水量呈減少態(tài)勢

在過去的10年，開都河入博斯騰湖水量由2002年的44.90億m3減至2012年的19.87億m3，接近1990年以來的最低值。博斯騰湖入湖水源除開都河外，還包括黃水溝、清水河、烏拉斯臺河、泉水溝、哈哈仁郭楞溝、莫呼查汗溝、烏什塔拉河、曲惠溝等諸小河流，年均徑流量約6.2億m3。由于農(nóng)業(yè)灌溉面積及人工育葦面積擴大，耗水量也不斷增加，2010～2012年除烏拉斯臺河有少量冬閑水，黃水溝和清水河在大洪水期間有入湖水量外，其它河流已沒有水量入湖。伴隨著博斯騰湖水位下降，湖水礦化度又開始出現(xiàn)升高態(tài)勢，由2003年的1.17g/L升高到2012年的1.5g/L，表現(xiàn)出向微咸水湖轉(zhuǎn)變的趨勢，已影響博斯騰湖漁業(yè)、葦業(yè)和旅游等發(fā)展，直接威脅到整個流域的經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)安全。

2.3 水量調(diào)度監(jiān)測手段落后

塔里木河流域近期綜合治理已暴露出部門、專業(yè)和地區(qū)間信息傳遞不及時，監(jiān)測和監(jiān)控手段和信息化程度相對落后，信息反饋不及時。水量調(diào)度監(jiān)測沒有統(tǒng)一的規(guī)劃、統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和監(jiān)管，影響了行政決策效率，難以實施有效的水量統(tǒng)一調(diào)度。

3 流域水量調(diào)度監(jiān)測項目實施的必要性

3.1 落實“三條紅線”控制指標(biāo)，實施最嚴(yán)格水資源管理的必然要求

根據(jù)自治區(qū)人民政府《關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度落實“三條紅線”控制指標(biāo)的通知》（新政函〔2013〕111號）精神，盡快完成開都—孔雀河流域地表水及地下水的用水總量指標(biāo)分解工作。按照總量控制、以水定地的原則，合理確定發(fā)展規(guī)模；加強水量統(tǒng)一調(diào)度。

3.2 適應(yīng)流域管理新體制，提升塔里木河流域管理信息化水平的需要

信息化是塔里木河流域管理能力建設(shè)的重要任務(wù)之一。開都—孔雀河作為塔里木河流域重要源流之一，迫切需要建立水量調(diào)度監(jiān)測系統(tǒng)，增強相關(guān)管理信息的時效性、準(zhǔn)確性和直觀性。實現(xiàn)信息在各部門間的快速交換與共享，提高協(xié)同工作效率，并利用實時信息和數(shù)學(xué)模型等進行綜合分析，有助于做出科學(xué)合理的決策。

3.3 提高流域綜合管理效率的基本要求

塔里木河流域近期綜合治理實施以來，已經(jīng)積累了大量的本底數(shù)據(jù)資源，這些歷史數(shù)據(jù)資源及后續(xù)監(jiān)測和管理產(chǎn)生的信息資源都將成為寶貴的信息基礎(chǔ)，充分發(fā)揮其綜合利用效益，需建設(shè)可靠的信息傳輸與共享平臺，將分散在各部門的信息進行有效地整合，形成統(tǒng)一集中的數(shù)據(jù)資源，保證數(shù)據(jù)的時效性和一致性，為數(shù)據(jù)資源挖掘利用、發(fā)揮流域綜合管理效率作好鋪墊。

3.4 行使社會管理職能和公共服務(wù)的重要基礎(chǔ)

通過加強信息化管理能力建設(shè)，不僅可推進依法行政、政務(wù)公開，而且還可規(guī)范行政許可程序，并接受社會公眾的監(jiān)督，創(chuàng)新管理模式。另外，通過信息化手段為公眾提供信息服務(wù)，吸引公眾參與，有利于打造政府良好形象，有效履行公共服務(wù)職能。

4 建設(shè)目標(biāo)

補充完善塔里木河流域開都—孔雀河水位監(jiān)測站網(wǎng)。以現(xiàn)有水位監(jiān)測站網(wǎng)為骨干，在重要引水口等新建水位監(jiān)測站點19處，使流域內(nèi)重要引水口上水位監(jiān)測點數(shù)量有所增加、布局局合理、整體功能有所加強，更好地滿足流域水量統(tǒng)一調(diào)度管理。

建設(shè)塔里木河流域開都—孔雀河水量信息服務(wù)系統(tǒng)，完善開都—孔雀河水調(diào)分中中心，提高塔里木河流域水量調(diào)度管理水平。

5 建設(shè)方案

5.1 水位監(jiān)測站點

為做好與已建水位監(jiān)測站網(wǎng)的集成，根據(jù)工程項目所在地實際環(huán)境情況，此次新建水位監(jiān)測站點采用雷達水位計，傳輸方式采用GPRS傳輸。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

利用遙測終端機（RTU）控制雷達水位傳感器采集水位數(shù)據(jù)，并存儲和處理后，通過GPRS發(fā)送至接收端。水位遙測站主要由雷達水位計、終端機（RTU）（含GPRS通信模塊）、太陽能電池、蓄電池等組成。接收收端主要負(fù)責(zé)將遙測站傳輸來的數(shù)據(jù)進行接收處理后通過網(wǎng)絡(luò)寫寫入數(shù)據(jù)庫。如圖1所示。

（2）組網(wǎng)設(shè)計和數(shù)據(jù)流程。

組網(wǎng)設(shè)計以數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理為主線，GPRS數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計的重要條件是依附于中心站的選取，本系統(tǒng)中心站為塔里木河流域巴音郭楞管理局水調(diào)分中心。數(shù)據(jù)的傳輸特點主要以多點（水位采集點）對單點（中心站）的形式出現(xiàn)，，如圖1所示。

數(shù)據(jù)的采集發(fā)送主要通過RTU中的數(shù)據(jù)采集模塊來完成，并進行編碼處理。數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后調(diào)制,以超短坡形式發(fā)送出去,數(shù)傳儀接收超短坡信號,經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成RRS-485/232信號,再由GPRS模塊進行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)的傳輸是經(jīng)過移動的網(wǎng)關(guān)送到移動服務(wù)器上，通過租用專線將數(shù)據(jù)傳送到水調(diào)分中心的的數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過數(shù)據(jù)接收軟件接收數(shù)據(jù)并解碼存儲。數(shù)據(jù)處理軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理，根據(jù)基值計算水位、流量并存儲進數(shù)據(jù)庫。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集發(fā)送，數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)處理幾個過程。如圖2所示。

圖2 水位數(shù)據(jù)流程圖

（3）遙測站供電系統(tǒng)設(shè)計方案。

pH：取絞碎均勻的魚肉樣品5 g于錐形瓶中，加入45 g蒸餾水，充分混勻靜止30 min，取上清液測定[14]。

由于水文站點無供電，為確保水位流量數(shù)據(jù)暢通，現(xiàn)地水位監(jiān)測設(shè)備擬采用太陽能供電系統(tǒng)。。

太陽能電池供電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 水位計、終端機電源框圖

根據(jù)各設(shè)備日耗電量和太陽能電池的輸出電壓、設(shè)備各種狀態(tài)的耗電量的日耗電量、平均日照時數(shù)、估計最多連續(xù)無日照天數(shù)選擇太陽能電池的功率和蓄電池容量。本方案選定14AH的免維護電池和20W太陽能電池。其依據(jù)是，根據(jù)新疆有關(guān)資料統(tǒng)計的月平均日照時間。蓄電池的容量按照連續(xù)陰天10天計算，考慮蓄電池30%余量，以及各設(shè)備日耗電量計算得出。

為避免蓄電池過充電，蓄電池和太陽能板之間應(yīng)加裝太陽能電池充電控制器，穩(wěn)壓裝置的輸出應(yīng)為15V。

（4）水位流量關(guān)系的率定。本案擬對19個斷面水位流量關(guān)系進行率定。對于水位流量關(guān)系是單一線的斷面，關(guān)系曲線的率定需要30次以上的實測流量（常測法或精測法）；對于水位流量關(guān)系是多線條的斷面，關(guān)系曲線的率定需要30次以上的實測流量（常測法或精測法）。

單一線的率定延長，高水不大于水位變幅的20%，低水應(yīng)小于10%；多線條的曲線率定，線條少于6條時，每條線上宜有10個以上測點，線條多于6條時，每條線上宜有5～10個測點。

關(guān)系線為單一線或經(jīng)單值化處理后的單一線，都應(yīng)做三項檢驗（即符號檢驗、適線檢驗、偏離檢驗），檢驗結(jié)果滿足《水文資料整編規(guī)范》要求時，證明率定的曲線合理，否則應(yīng)重新修訂曲線，再度進行檢驗。

（5）與已建系統(tǒng)的集成。

對于本次新建的19座水情站點的信息，建議按照水文遙測規(guī)范要求納入到原有水文遙測信息站網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中。

5.2 水量調(diào)度綜合信息應(yīng)用系統(tǒng)

基于GIS平臺實現(xiàn)各類基礎(chǔ)信息、水量調(diào)度輔助信息、調(diào)度方案指標(biāo)與運行實況信息等的快速便捷查詢與直觀清晰顯示，對主要斷面的小流量實現(xiàn)分級預(yù)警。對于其中具有空間屬性的信息，可以在電子地圖上進行定位表達。

（1）基礎(chǔ)信息查詢。系統(tǒng)充分利用GIS平臺高性能的空間信息可視化、查詢、編輯等功能，按照水調(diào)人員工作要求，以簡潔鮮明的方式將各類水量調(diào)度信息、分析計算結(jié)果、水量調(diào)度運行實況等顯示在顯示終端上，為會商決策、調(diào)度作業(yè)提供信息服務(wù)。

（2）引（退）水信息查詢、統(tǒng)計。實現(xiàn)對開都—孔雀河流域重要引（退）水口采集的實際引水情況查詢及對比分析。

（3）用水計劃、需水信息查詢。將各單位上報的用水計劃信息統(tǒng)計并顯示；以表格和曲線方式展示各單位在選擇時段（旬、月、年）范圍內(nèi)的需水量數(shù)據(jù)，并與上報用水計劃的需水量、調(diào)度實施方案的分配水量、實際引水量之間進行對比分析。

（4）水調(diào)方案查詢。以表格方式展示選擇時段周、旬、月、年、跨年等水調(diào)方案信息。

（5）預(yù)警信息處理。系統(tǒng)采用主動預(yù)警，實現(xiàn)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警、預(yù)測數(shù)據(jù)預(yù)警及計算誤差預(yù)警。實現(xiàn)對預(yù)警信息的查詢、統(tǒng)計。

（6）短信平臺。將采集的重要引（退）水口水情信息及預(yù)警信息以短信的方式發(fā)送給主要業(yè)務(wù)人員及領(lǐng)導(dǎo)。

（7）移動查詢模塊。實現(xiàn)給決策人員提供實時查詢流域水量調(diào)度信息情況的服務(wù)功能。

6 結(jié) 語

通過本項目的實施，提升了開都—孔雀河管理信息化水平，強化了水資源的統(tǒng)一管理調(diào)度，提高了流域管理效率，最終實現(xiàn)了開都—孔雀河用水總量控制90%的目標(biāo)。

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.006

TV231.4

B

1008-1305（2014）06-0017-04

宋虹兵（1983年-），男，助理工程師。