河南测区是离报社最近的黄河水文测区,唯其近,反而不用安排大块的采访时间,零敲碎打,见缝插针,采访了好几次。其中,有一次去西霞院水文站,黄委河南水文水资源局局长雷成茂挤空陪我们走了一趟。在路上,雷成茂向我们介绍了河南测区及其水文测报能力提升的一些情况。
黄河河南测区包括三门峡大坝至夹河滩段和伊、洛、沁河3条支流,控制流域面积约73万平方千米,占全流域总面积的97%,全测区现有25个水文站、10个水位站,分布于豫、晋、陕3个省。由于河流大小不一、河道情况差别很大、测验方式各有不同,要做好水文测报能力提升这篇文章,就必须以需求为导向,以实用为目标。遵循这一原则,黄委河南水文水资源局研究制定了本测区水文测报能力提升的思路,简单地说就是:干流站中低水采用ADCP测验,大水采用船测,单船测验达到外业测验结束、内业程序计算完成的标准,开展多船联测自动生成流量的研发;支流站则是以引进开发新的自动测流系统和开展测验方式优化分析相结合,逐步实现有人值守、无人驻测;建立综合展示平台,向“智慧水文”目标迈进。
花园口,倾力打造第一站
到花园口水文站的时候,几天前他们刚刚进行了一次测洪实战演习。演习拟定洪峰流量15000立方米每秒左右,黄测A207、A208、A212水文测船及冲锋舟同时出发联合作业。职工们在应用2017年新实行的自动测流系统时,操作熟练,配合默契,用了一个多小时,完成了外业测验。在完成最后一条垂线的测验时,流量成果也在船上自动打印完成,达到了测验数据自动汇集的目标。
郑州水文水资源勘测局副局长、花园口水文站站长吴幸华兴奋地说:“这次演习不但检验了测洪实战的能力,还检验了一年多来水文测报能力提升的成果。”
据吴幸华介绍,在黄委河南水文水资源局的主导下,2017年以来,花园口水文站在水位、流量、含沙量的测验技术上都有了较大提高。在水位测验上,利用雷达水位计,实现了水位观测的自动采集与在线传输,满足了水位观测规范精度要求,在该站水情室和防汛会商室能实时接收数据,通过后处理软件,实现水位资料整编的自动化;在流量测验上,升级完善了单船测验自动化操作台,实现了GPS、测深、流速信号等仪器设备的接入和测验数据的网络传输以及流量计算、存储、成果输出、流速、断面套绘等功能,自动生成流量记载表,作为原始资料保存,大大提升了流量测验自动化水平,还安装了侧扫雷达测流系统,可以实现对河流表面流速、网格点流速的连续监测,使传统技术难以完成的洪水携带漂浮物、浅滩过水等高难度的流量测验任务变得简单易行,并把采集的数据实时上传到水文基础数据通用平台,便于查询分析;在含沙量测验上,利用泥沙数据处理系统,能自动接收电子天平、温度传感器数据,模拟人工操作步骤,实现泥沙称重、测温、记载、运算、成果自动输出,减轻了泥沙处理工作强度,提升了泥沙处理效率和精度,目前在安装同位素测沙仪,投入使用后将实现含沙量的在线监测。
花园口水文站是国家级重点报汛站,是黄河最重要的水沙控制站,是黄河下游防洪、水资源调度、治理开发标准站,早在2002年就建成黄河上第一个“数字化”水文站,堪称黄河水文现代化的窗口。鉴于花园口水文站在黄河治理开发事业中的重要地位,黄委河南水文水资源局水文测报能力提升工作将花园口水文站作为重中之重,再接再厉,倾力打造水文现代化第一站。
花园口水文站的测验河段为游荡性河道,断面冲淤变化大、主流摇摆不定,且河面宽、水量大,经常需要出动多条测船进行联合测验。针对这种情况,黄委河南水文水资源局正在加紧进行花园口水文站多船联测自动生成流量的软件研发,实现测验数据的实时网络传输、成果计算功能,这一项目目前已完成了无线网桥的安装,有望于今年6月初步完成,到2019年底全面完成。
在花园口水文站二楼东头的防汛会商室,有一块装成不久的大型液晶拼接屏,由12块46寸的液晶屏组成。吴幸华一边演示一边向我们介绍:这个大型液晶屏是一块信息汇总屏,汇集了花园口水文站水文测验的相关信息,还有断面、站院的监控情况,它的后端可以连接5台计算机,接入业务平台、水情报汛等系统,实现测区雨水情势综合显示,洪水演进规律分析,干流及伊、洛、沁河把口站实时水情对比分析,历史洪水对比分析等水情会商功能,为黄河防汛部门决策、部署提供科学依据,有了它,花园口作为黄河防汛前线指挥部的功能可以初步实现,目前正在加紧进行控制台配置与调试,今年汛期即可投入使用。
吴幸华还专门演示了“河南黄河水文信息综合平台”,这个平台是由黄委河南水文水资源局自主开发,以水文基础信息数据为依托,集信息展示、档案资料查询、上下游资料对比分析处理、图表实时绘制、在线监控等功能于一体的系统,通过该系统,可查阅黄委河南水文水资源局和所属勘测局两级机关和河南测区25个水文站的综合信息。
河南黄河水文信息综合平台包括GIS地图、雨水情数据、测站档案、数据维护4大模块。GIS地图模块可查询两级机关和所属各水文站的地区分布,查阅两级机关和各水文站测站简介、宣传片、全景照片、测验断面、实测流量套绘图、水流沙实时过程线等内容,并远程接入各站的视频监控系统,实时查看站院、断面和设施等处的情况;根据各站独有项目,增设项目模块,如花园口水文站的多船联测动态显示、气象六要素、ADCP测流监测功能,小浪底水文站RG30流量监测功能等。雨水情数据模块可查询实时雨水情、实测流量成果、雷达水位计等数据信息,还可实时查询、实时绘制、合成分析对比各站的水位流量关系线、实时水流沙过程线等,对水流沙、降水、蒸发等测验项目进行日、旬、月查询、统计,并以图表形式分析上下游水文站水位、流量过程线,校核实测报汛点是否偏线、旬月累积合计与旬月报数据是否相等。测站档案模块可查看各水文站的情况简介、测站任务书、测洪方案、缆道设备和测验仪器等内容。数据维护模块则主要用来完善系统资料、数据。在网络通畅的情况下,通过河南黄河水文信息综合平台,在河南测区的任意一个水文站上,都可以实时查看全测区的断面、设施、工作以及雨水情等情况,为发生大洪水时分析各站水情、指导各站测报提供了有效、快速的信息支撑。
西霞院,测流设备试验场
在西霞院水文站,年轻的站长张银涛以一种自豪的口气向我们介绍:西霞院水文站目前在流速测验方面有吊船、重铅鱼、无人吊箱、ADCP、微波流速仪、电波流速仪等6种设备及方法,在水位观测方面有雷达水位计、超声波水位计、电子水尺3种设备及方法,是全河测流手段最全的水文站。
小浪底库区水文水资源勘测局局长薛晟补充道,由于西霞院河床稳定、水量充沛、断面冲淤变化小,黄委河南水文水资源局各种先进的测验仪器、设备基本上都在西霞院水文站进行过试验、试用,因此西霞院水文站也被喻为“测流设备试验场”。
由黄委河南水文水资源局自主研发的无人吊箱自动化测流系统,2017年9月就开始在西霞院水文站试运行。
我们在西霞院水文断面上看到了这种无人吊箱,和传统的人工吊箱比起来,上面确实“机关”重重。
吊箱的边沿上有一个长方形的装置,那就是控制系统,是无人吊箱的“中枢神经”,它所指挥操作的装置有自平衡系统、拉偏调整系统、无线传输、视频传输、测深杆遥控升降、入水控制传感器。
入水控制传感器挂在吊箱下面,当吊箱离水面1米时便能自动报警,防止吊箱入水。
在吊箱下方的悬杆上还装有一种水下信号传输仪,一接触水面就会发出水面信号,触到河底会再次发出河底信号,据此不但可以测出水深,还能测出不同水深的流速。
无人吊箱可以测流速、水深、读起点距,装上相关设备还能取沙。
在西霞院水文断面测一次流,共13条垂线,原来人工吊箱测流需要1.5个小时,现在无人吊箱测流只需要1个小时。
更重要的是,原人工吊箱测流至少要上两个人,现在实现了吊箱无人化,在西霞院水文站操作室和黄委河南水文水资源局都能进行远程操作,不但节省了人力,确保测验人员人身安全,同时测验精度也能够满足规范要求。
据雷成茂介绍,2016年11月黄委第一次水文测报能力提升会议后,黄委河南水文水资源局下属星睿公司就自己投资开始了无人吊箱的研制,几个月之后研制成功,在西霞院水文站试运行以来性能很可靠,还没有出过能够影响测验的故障,预计很快就能投入正式运行。
西霞院反调节水库是小浪底水利枢纽的配套工程,离开西霞院水文站,我们又来到相距不远的小浪底水文站。
站长张保伟向我们介绍了小浪底水文站水文测报能力提升的情况。近年来,在上级的关心支持下,小浪底水文站在软硬件设施建设上有了很大变化,站门口安装了LED宣传屏,会议室安装84寸水情会商触摸屏、河南黄河水文信息综合平台,RG30雷达在线测流系统现已处于分析阶段,手持GPS、全站仪的配备解决了船舶测验起点距定位问题,雷达水位计接入后处理软件,可在手机、计算机等设备上实时查询水位、流量,ADCP的比测与实际应用,提高了测站应对大洪水以及各种复杂水情的能力。
在停泊在断面的B201水文测船旁,我们看到一个铁铸的支架,张保伟介绍,这是该站研制的B201水文测船桥板支杆起吊设备,解决了该站水文测验船舶出航返航停靠问题。他们还自主研制了MF音频双鉴式水下无线信号器,在信号传输过程中抗干扰能力强,能在不同水域环境下进行流速测验。
这些虽然都是小项目,但是一来解决了测报工作遇到的一些难题,二来激发了职工参与测报能力提升工作的创造力。
支流站,优化测验方式
河南测区的支流站,我们第一个走进的是伊河上的潭头水文站。
潭头水文站站长季海滨在向我们介绍了他们安装使用浮标测验起点距直读设备的体会之后,提到了潭头水文站在测验方式优化方面的一些做法。
以前潭头水文站每年平均需要进行10次以上的输沙率测验。近年来,伊河的水沙情况一直比较稳定,输沙率测验不需要那么多次,可在满足规范要求的提前下酌情减少。2017年,潭头水文站已经率先进行了输沙率测验优化,优化之后,不用每年都进行输沙率测验,而是每5年进行一个系列的输沙率测验。
鉴于潭头水文断面河床也比较稳定,今年他们又在进行流量测验方式的优化。
平水期测流,优化前,7天左右测一次,一次需要测八九条垂线;优化后,平水期20~30天测一次,一次只需要测二三条垂线。
洪水期测流,优化前,一次洪水过程测4至6次,一次需要测十几条垂线;优化后,只需峰顶时测一次即可,一次只需要测三四条垂线,如果洪水不大,甚至一次也不用测,所需流量可根据水位推算。
科学、合理的测验方式优化,对于人力、财力、物力的节约显而易见。
据了解,黄委河南水文水资源局目前正在一些支流站推行测验方式优化,其中,输沙率测验的优化已在潭头、东湾、下河村、长水等水文站进行,优化方法是通过分析某站历年单位含沙量和断面平均含沙量的关系,找出其中的规律,通过断面平均含沙量的数据推出逐日输沙率的数据,优化后,测出1年的输沙率,用来校正或检验关系曲线,即可停测输沙率若干年,这期间仅需要进行单位含沙量的测验,就可获得相对准确的断面平均含沙量和输沙率数据;含沙量测验优化已在潭头、东湾、下河村、卢氏、韩城、石门峪等水文站进行,优化方法是通过分析某站历年非汛期的含沙量规律和占年输沙量的比重,在含沙量低于3000克每立方米时,非汛期即可停测;流量测验的优化,在潭头、东湾、下河村、石门峪、卢氏、韩城等水文站开始执行,优化后每月固定日期测流,测得流量作为月平均流量,不再7天左右测一次流,测流时观测水位,其余时间不再观测水位。
测验方式的优化,加上水文测验、水情报汛自动化水平的提升,逐步实现减少驻站人员或驻站时间的目的,争取尽快实现“有人值守、无人驻测”的目标,从而大大改善测站人员的工作、生活环境。不驻站的测站人员,可根据需要拿出更多的精力参与管理、服务等方面的工作,或集中进行学习提高思想素质与业务素质。
随事而制,因地制宜,黄河河南测区水文测报能力这篇文章,必将越做越精彩。