天津市防汛分洪口門水文應(yīng)急監(jiān)測方法探討

蘇鳳霞

（天津市水文水資源管理中心，天津 300061）

天津市共有青甸洼、大黃鋪洼、黃莊洼、盛莊洼、三角淀、淀北分洪區(qū)、西七里海、東淀、賈口洼、文安洼、團泊洼、永定河泛區(qū)、大港行洪道13 個蓄滯洪區(qū)，其作用是在防汛抗洪中蓄滯洪水。分洪口門是河道洪水向洼淀分洪滯洪的進、出水口。目前，天津市在蓄滯洪區(qū)中共設(shè)置了主要分洪口門23 處。這些口門一旦分洪，其行洪的水文信息將成為搶險調(diào)度的關(guān)鍵，直接影響到人民的生命財產(chǎn)安全。

分洪口門一般在發(fā)生較大洪水后才會啟用，運用機率極低，與之相關(guān)的大量水文設(shè)施的建設(shè)會形成運行管理的負擔。因此，天津市僅在分洪口門相關(guān)的河道上修建了部分水位觀測設(shè)施、一些重要的蓄滯洪區(qū)內(nèi)（如永定河泛區(qū)、青甸洼等）建設(shè)了水位自動測報設(shè)施，但是一旦因汛情急需開展水文應(yīng)急監(jiān)測工作時，如何應(yīng)用水文監(jiān)測新技術(shù)新方法并開展監(jiān)測成為急需研究的重要課題。

1 測驗方式、時效性與監(jiān)測精度

1.1 測驗方式

分洪是通過分洪口門利用提閘或破堤兩種方式向泛區(qū)或蓄、滯洪區(qū)分水，除分洪口門測報外，水文部門還承擔與分洪相關(guān)的河道重要斷面水文測報。分洪口門應(yīng)急測報可分3 類，即利用水工建筑物分洪測報、破堤（潰口）分洪測報和河道重要斷面水文測報，應(yīng)急監(jiān)測項目包括口門破堤（潰口）寬度、水深、水位、流量等。

1.2 時效性

防汛分洪口門流量測驗屬水文應(yīng)急監(jiān)測，開展水文應(yīng)急監(jiān)測應(yīng)優(yōu)先考慮監(jiān)測的時效性，盡快獲取并提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時，根據(jù)防汛調(diào)度部門要求和災情變化，實時動態(tài)調(diào)整應(yīng)急監(jiān)測要素、場地、方法、手段和頻次。

1.3 監(jiān)測精度

在保證人員、裝備安全的前提下，應(yīng)盡可能提高監(jiān)測成果的精度。水文應(yīng)急監(jiān)測成果精度指標應(yīng)參照國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定執(zhí)行；在特殊情況下，可適當放寬，并予以備注說明。當采用多種監(jiān)測方法和手段進行應(yīng)急監(jiān)測時，應(yīng)綜合考慮方法和手段的適用性、監(jiān)測條件等多種因素，驗證監(jiān)測成果可靠性。水文應(yīng)急監(jiān)測全過程應(yīng)進行質(zhì)量管理，應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)完成后，應(yīng)依據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范并結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測環(huán)境條件，對監(jiān)測成果精度進行評定。

2 測驗內(nèi)容與方法

2.1 破堤（潰口）寬度

破堤分洪時利用水力學公式推算流量時，一般利用口門的水頭和寬度估算流量。口門寬度確定，可以采用以下方式：利用口門兩側(cè)定位樁，用繩尺或塔尺等人工丈量；采用經(jīng)緯儀交會法測量；采用新技術(shù)免棱鏡全站儀測量；采用新技術(shù)手持激光測距儀測量。

2.2 水深

采用流速儀法、水面浮標法、測流無人機測流時需要測量斷面水深。斷面水深確定，可以采取以下方式：利用測深桿測量；利用測深錘測量；采用新技術(shù)回聲測深儀施測。

2.3 水位

蓄滯洪區(qū)防洪、調(diào)度依據(jù)的主要水文信息是水位和流量，利用水工建筑物分洪測報、破堤（潰口）分洪測報和河道重要斷面水文測報均需監(jiān)測水位。水位確定，可以采取以下方式：打樁、利用樹木或固定建筑物設(shè)置臨時水尺，引測高程，人工觀讀；利用臨近水文測站水位設(shè)施或防洪、水資源管理專用站點的水位資料；特殊情況下，可將免棱鏡全站儀架設(shè)高處穩(wěn)固后直接測定；采用新技術(shù)便攜式水情儀架設(shè)高處穩(wěn)固后實時采集。

2.4 流量

流量是防汛分洪口門水文測報的重要信息。

（1）水工建筑物（節(jié)制閘、分洪閘等）分洪測報。需要在閘孔或閘橋布設(shè)流量測驗斷面，采用不同的儀器施測流量。其中，常規(guī)流量測驗選用流速儀法進行流量測驗，應(yīng)急監(jiān)測流量采用浮標法（流速面積法）進行流量測驗；應(yīng)用聲學多普勒測流儀（ADCP，走航式或遙控式）進行斷面流量測驗；采用電波流速儀應(yīng)用流速面積法進行流量測驗。

（2）破堤（潰口）分洪測報。破堤分洪后短時間內(nèi)堤內(nèi)外水位差、流速等較大，無法在口門上架設(shè)過河索等渡河設(shè)施，船只等無法定位，無法測得口門大斷面。采用潰壩公式、浮標法、電波流速儀、測流無人機等均需估計口門底高程，計算過流斷面面積測報流量。分洪（潰口）流量測驗，可以采用以下方式：利用適用于天津地區(qū)的潰壩公式即Q=0.928BH1.5進行推求，其中B為破堤口門寬度、H為口門上游水頭；利用浮標法進行；利用電波流速儀進行；利用測流無人機進行；應(yīng)用遙控走航式ADCP 進行；可在分洪（潰口）處主河道上、下游便于施測位置各設(shè)一處斷面，采用走航式聲學多普勒剖面流速儀法或流速儀法施測主河道流量，通過水量平衡原理推求。

（3）河道重要斷面水文測報?？山栌脴蛄旱葷M足測流絞車、巡測車等渡河需求，亦可舟船設(shè)施掛載測流儀器施測流量。流量測驗，可以采用以下方式：采用浮標（中泓、均勻、水面漂浮物）應(yīng)用流速面積法進行；采用流速儀進行；應(yīng)用聲學多普勒測流儀（ADCP，走航式或遙控式）進行；采用電波流速儀應(yīng)用流速面積法進行；采用測流無人機應(yīng)用流速面積法進行。

3 測驗方法分析評估與流量測驗方法優(yōu)選次序

（1）利用繩尺或塔尺等工具人工丈量口門寬度或用經(jīng)緯儀交會法測量口門寬度結(jié)果不精確且人員需接近口門，有一定的安全隱患，而采用新技術(shù)免棱鏡全站儀或手持激光測距儀測量口門寬度準確、快捷、安全。

（2）利用測深桿或測深錘測量水深在高洪時精度較差，而采用新回聲測深儀測量方便、快捷、精度高。

（3）設(shè)臨時水尺人工觀讀水位費時費力、人員不安全，采用免棱鏡全站儀也僅適用于臨時觀測，而采用便攜式水情儀能夠?qū)崟r采集報送水位信息。

（4）采用流速儀法測量流量在高洪時耗時費力且往往受斷面因素影響，適應(yīng)性差。

（5）采用浮標法結(jié)合過流斷面資料及浮標系數(shù)來推求流量，誤差較大，如無斷面資料則不可使用。

（6）采用水力學公式法推算流量，誤差大。

（7）電波流速儀、測流無人機均為測驗新設(shè)備，采用非接觸式水面流速測量，需要借用斷面，誤差較大，如無斷面資料則不可使用，但該方法在應(yīng)急流量測驗中有較多應(yīng)用。

（8）聲學多普勒測流儀（ADCP）為測驗新設(shè)備，通過超聲波掃描技術(shù)一次能同時測出河床的斷面水深、流速和流量。與傳統(tǒng)的流速儀測量相比，ADCP并不像傳統(tǒng)流速儀那樣要求測流斷面垂直于河岸線，測船航行的軌跡可以是斜線或者是曲線。該方法具有測驗時間短、測速范圍大等特點，提高了測驗的精度。

通過對各種方法的分析評估，筆者提出流量測驗方法優(yōu)選次序：優(yōu)先采用流速儀、走航式聲學多普勒測流儀（ADCP）施測流量；施測流量困難時可使用電波流速儀法或水面浮標法施測流量；極端困難條件下可采用中泓浮標或測流無人機施測流量；特殊條件下無法實測流量時采用水工建筑物與堰槽測流方法推求流量。

4 結(jié)語

防汛分洪口門水文應(yīng)急測報是天津市水文部門的重要工作內(nèi)容。通過分析評估測驗方法，提出應(yīng)用走航式聲學多普勒測流儀（ADCP）、電波流速儀、便攜式水情儀等先進儀器設(shè)備開展測報工作，以解決以往監(jiān)測速度慢、測驗誤差大等技術(shù)難題，提高測報信息的時效性，為防汛調(diào)度指揮決策提供及時準確的信息支持。