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(cè)方案設(shè)計(jì)

宋虹兵

（塔里木河流域管理局，新疆 塔里木 841000）

文章對(duì)開都—孔雀河流域水量監(jiān)測(cè)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。通過對(duì)開都—孔雀河24個(gè)重要引（退）水口實(shí)施水量監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)開都—孔雀河用水總量控制90%的目標(biāo)，加強(qiáng)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(cè)；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(guó)民生產(chǎn)總值占巴音郭楞蒙古自治州（以下簡(jiǎn)稱巴州）的80%以上，養(yǎng)育著流域內(nèi)6縣（市）及兵團(tuán)第二師約100萬各族兒女，是巴州國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(zhǎng)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(tái)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(guó)最大的的內(nèi)陸淡水湖，湖面高程1047.5m時(shí)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(zhǎng)942km，多年平均年徑流量為13.34億m3。自博斯騰湖揚(yáng)水站投產(chǎn)運(yùn)行后，孔雀河出流受人為控制。

2 水量調(diào)度監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

目前，開都—孔雀河流域重要引（退）水口共有24處。現(xiàn)已有自動(dòng)水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)5處，還需在重要引（退）水口等新建水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)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(bǔ)給為主的河流，受全球氣候變化影響，水文情勢(shì)波動(dòng)增大，水資源不確定性增強(qiáng)。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(dòng)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(shì)，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(hù)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(jì)表

2.2 博斯騰湖入湖水量呈減少態(tài)勢(shì)

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(tái)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(kuò)大，耗水量也不斷增加，2010～2012年除烏拉斯臺(tái)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(shì)，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(shì)，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(gè)流域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全。

2.3 水量調(diào)度監(jiān)測(cè)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(shí)，監(jiān)測(cè)和監(jiān)控手段和信息化程度相對(duì)落后，信息反饋不及時(shí)。水量調(diào)度監(jiān)測(cè)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(shí)施有效的水量統(tǒng)一調(diào)度。

3 流域水量調(diào)度監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)施的必要性

3.1 落實(shí)“三條紅線”控制指標(biāo)，實(shí)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(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度落實(shí)“三條紅線”控制指標(biāo)的通知》（新政函〔2013〕111號(hào)）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(qiáng)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(cè)系統(tǒng)，增強(qiáng)相關(guān)管理信息的時(shí)效性、準(zhǔn)確性和直觀性。實(shí)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(shí)時(shí)信息和數(shù)學(xué)模型等進(jìn)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(shí)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(cè)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(tái)，將分散在各部門的信息進(jìn)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(shí)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(huì)管理職能和公共服務(wù)的重要基礎(chǔ)

通過加強(qiáng)信息化管理能力建設(shè)，不僅可推進(jìn)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(huì)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(bǔ)充完善塔里木河流域開都—孔雀河水位監(jiān)測(cè)站網(wǎng)。以現(xiàn)有水位監(jiān)測(cè)站網(wǎng)為骨干，在重要引水口等新建水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)19處，使流域內(nèi)重要引水口上水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量有所增加、布局局合理、整體功能有所加強(qiáng)，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(cè)站點(diǎn)

為做好與已建水位監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的集成，根據(jù)工程項(xiàng)目所在地實(shí)際環(huán)境情況，此次新建水位監(jiān)測(cè)站點(diǎn)采用雷達(dá)水位計(jì)，傳輸方式采用GPRS傳輸。

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

利用遙測(cè)終端機(jī)（RTU）控制雷達(dá)水位傳感器采集水位數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)和處理后，通過GPRS發(fā)送至接收端。水位遙測(cè)站主要由雷達(dá)水位計(jì)、終端機(jī)（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(cè)站傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)和數(shù)據(jù)流程。

組網(wǎng)設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)主要以多點(diǎn)（水位采集點(diǎn)）對(duì)單點(diǎn)（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(jìn)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(hào),經(jīng)處理轉(zhuǎn)換成RRS-485/232信號(hào),再由GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)的傳輸是經(jīng)過移動(dòng)的網(wǎng)關(guān)送到移動(dòng)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(chǔ)。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(jì)算水位、流量并存儲(chǔ)進(jìn)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(gè)過程。如圖2所示。

圖2 水位數(shù)據(jù)流程圖

（3）遙測(cè)站供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(cè)定[14]。

由于水文站點(diǎn)無供電，為確保水位流量數(shù)據(jù)暢通，現(xiàn)地水位監(jiān)測(cè)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(jì)、終端機(jī)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(shí)數(shù)、估計(jì)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(hù)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(jì)的月平均日照時(shí)間。蓄電池的容量按照連續(xù)陰天10天計(jì)算，考慮蓄電池30%余量，以及各設(shè)備日耗電量計(jì)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(duì)19個(gè)斷面水位流量關(guān)系進(jìn)行率定。對(duì)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(shí)測(cè)流量（常測(cè)法或精測(cè)法）；對(duì)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(shí)測(cè)流量（常測(cè)法或精測(cè)法）。

單一線的率定延長(zhǎng)，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(shí)，每條線上宜有10個(gè)以上測(cè)點(diǎn)，線條多于6條時(shí)，每條線上宜有5～10個(gè)測(cè)點(diǎn)。

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(xiàng)檢驗(yàn)（即符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離檢驗(yàn)），檢驗(yàn)結(jié)果滿足《水文資料整編規(guī)范》要求時(shí)，證明率定的曲線合理，否則應(yīng)重新修訂曲線，再度進(jìn)行檢驗(yàn)。

（5）與已建系統(tǒng)的集成。

對(duì)于本次新建的19座水情站點(diǎn)的信息，建議按照水文遙測(cè)規(guī)范要求納入到原有水文遙測(cè)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(tái)實(shí)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(yùn)行實(shí)況信息等的快速便捷查詢與直觀清晰顯示，對(duì)主要斷面的小流量實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)警。對(duì)于其中具有空間屬性的信息，可以在電子地圖上進(jìn)行定位表達(dá)。

（1）基礎(chǔ)信息查詢。系統(tǒng)充分利用GIS平臺(tái)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(jiǎn)潔鮮明的方式將各類水量調(diào)度信息、分析計(jì)算結(jié)果、水量調(diào)度運(yùn)行實(shí)況等顯示在顯示終端上，為會(huì)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(jì)。實(shí)現(xiàn)對(duì)開都—孔雀河流域重要引（退）水口采集的實(shí)際引水情況查詢及對(duì)比分析。

（3）用水計(jì)劃、需水信息查詢。將各單位上報(bào)的用水計(jì)劃信息統(tǒng)計(jì)并顯示；以表格和曲線方式展示各單位在選擇時(shí)段（旬、月、年）范圍內(nèi)的需水量數(shù)據(jù)，并與上報(bào)用水計(jì)劃的需水量、調(diào)度實(shí)施方案的分配水量、實(shí)際引水量之間進(jìn)行對(duì)比分析。

（4）水調(diào)方案查詢。以表格方式展示選擇時(shí)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(dòng)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)警及計(jì)算誤差預(yù)警。實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)警信息的查詢、統(tǒng)計(jì)。

（6）短信平臺(tái)。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(dòng)查詢模塊。實(shí)現(xiàn)給決策人員提供實(shí)時(shí)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(xiàng)目的實(shí)施，提升了開都—孔雀河管理信息化水平，強(qiáng)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(shí)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

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1008-1305（2014）06-0017-04

宋虹兵（1983年-），男，助理工程師。