佛山市马口水文站智能感知系统

基于GIS佛山市河道数字水下地形管理系统的设计与实现李远青【摘要】为了更好地管理和使用佛山市属河道地形资料,全面提升河道管理水平,研制了佛山市河道数字水下地形管理系统.该管理系统基于java与SQL Server组件的方式构件,既实现了GIS的基本功能,又实现了地图数字化管理功能,大大提高了工作效率,并将河床变化定性描述进一步提高到定量表达的水平,为河道管理决策、规划、治理提供了有力的技术支撑,具有一定的实践意义和推广价值.【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】4页(P61-64)【关键词】GIS;河道数字化;水下地形;管理系统;设计与实现【作者】李远青【作者单位】广东省水文局佛山水文分局,广东佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】P208.2;TV8佛山市位于珠江三角洲网河区腹地，河流众多，多年来，投入了大量的人力物力对市管河堤险段进行了综合整治，积累了大量的河道治理经验和多年的河道水下地形基础数据成果，但由于各种河道测量成果坐标系统不统一，且未能较好的形成数字化统一管理成果，为更好地管理和使用佛山市属河道地形资料，为防灾减灾提供重要的基础信息。

开展基于GIS佛山市河道地形数字管理研究，利用地理信息系统软件强大的数据管理和空间数据分析功能，将河道地形数字化并建立专业的数据库，实现网络远程管理，并通过数据对比和挖掘，使用多元查询方式，分析河道平面、断面变化、河槽容积变化，并可得到河床冲淤变化图，直观地显示河道冲刷淤积部位，从而分析河道演变规律和演变趋势。

目前国内开展此方面研究的主要是集中在长江河段，如河道数字地形信息系统与长江镇扬河段GIS研制[1]，且部分研究主要内容是针对河道地形数字管理[2]、河床断面演变变化以及冲淤时空等宏观面上的分析[3-5]，如本项目综合研究河道数字一体化[6]并深入挖掘针对水行政主管部门水安全管理需求开展险工险段、边坡局部重点以及实现河道3D模拟分析比较的并不多见，因此，本项目的研制对于加强河道地形数字化和应用具有重要的现实意义。

第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCEVol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.013珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制袁㊀菲1,2,陈文龙1,2,胡晓张1,2,卢㊀陈1,2,高时友1,黄鹏飞1(1.珠江水利委员会珠江水利科学研究院,广东广州㊀510611;2.水利部珠江河口治理与保护重点实验室,广东广州㊀510611)摘要:近年来珠江三角洲顶点思贤滘区西㊁北两江分流发生重大调整,并影响三角洲的防洪及供水格局,开展思贤滘分流研究对于三角洲分流调控及治理具有重要意义㊂本文采用20世纪60年代以来思贤滘区水文地形资料,利用物理模型㊁数学模型㊁理论分析等方法,分析思贤滘分流自适应调节规律及其机制㊂结果表明:思贤滘是一个天然的洪水调节器,具有稳定西㊁北江洪水分流比的作用,洪水越大,西江马口与北江三水流量之比越稳定,其稳定值约为3ʒ1,思贤滘下游约7km 河段地形是洪水期间分流自适应调整的主控因素,河道受两岸堤防约束,随着上游流量的增大,西㊁北江过水断面面积之比趋于定值,驱使两江分流比也趋于定值;当枯水期下游潮汐顶托或闸门启闭等作用引起河段发生变动回水时,思贤滘分流相应调整,且分流比对北江下游水体变化更为敏感㊂关键词:汊道分流;分流机制;X 形汊口;水力坡降;珠江三角洲中图分类号:TV143㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0610-12￬收稿日期:2023-04-27;网络出版日期:2023-08-11网络出版地址:https :ʊ /urlid /32.1309.P.20230810.1156.002基金项目:国家自然科学基金资助项目(42006157);水利部流域水治理重大关键技术研究项目(2022YF001)作者简介:袁菲(1992 ),女,江西九江人,工程师,硕士,主要从事河口海岸动力方面研究㊂E-mail:yf0524@分汊河道在三角洲河网区是一种常见的河流平面形态,分流比是分汊河道的一个重要参数,其大小和变化决定河网区各支汊的兴衰[1-2],影响航道变迁㊁防洪情势㊁环境生态等诸多方面[3-4],开展自然与人类活动作用下的汊道分流机制研究具有重要的理论意义和实践价值㊂天然情况下,影响汊道分流的因素很多,如分流角[5]㊁分流口形状[6]㊁各汊道的地形变化[7]和来水来沙条件[8];人类活动干扰下的地形下切被证明对汊道分流有至关重要的影响[9-10];感潮河道内的潮波运动也是汊道分流的影响因素之一[11-12]㊂河道水流分配正是诸多因素间相互影响㊁相互调整结果的综合反映㊂在珠江三角洲一级分流节点思贤滘,几十甚至上百年来都维持着稳定的X 形汊口格局,受上游洪水㊁外海潮汐㊁平面形态㊁河床地形及地质等多因素的相互作用,思贤滘分流存在动态调整,并在一定程度上调控着下游河网动力及地貌演变[13-14]㊂目前,学者们对思贤滘分流的研究主要集中于分流年际变化特征,杨清书等[15]发现思贤滘的分水分沙格局自1993年后发生了重大变化,三水站分流分沙比显著增大;张灵等[16]认为水沙变异时间在1992年前后,并讨论了其负面影响,认为北江分流加大会导致三角洲腹地水位抬升㊂部分学者探讨了汊口地形变化对分流的影响,刘幼萍[17]对水文㊁地形成果分析,发现河床形态的重大变化导致西㊁北江分流比由1959 1989年的85ʒ15变为1989 2017年的80ʒ20;陈小齐等[18]分析认为21世纪以来西江地形下切幅度大于北江,地形不均匀下切导致西江分流增加2%㊂王博芝等[19]提出思贤滘分流还受余水位坡度㊁潮波衰减率等径潮动力的调节作用㊂由此可见,对于思贤滘分流规律及其变化原因的探讨目前还以定性分析及数据统计研究为主,对思贤滘分流比影响因素的认识仍不系统,对分流机制的研究及理论的探讨还较为匮乏,思贤滘作为珠江三角洲 牵一发而动全身 的关键节点,其分流规律及机制还需要进一步研究㊂㊀第4期袁菲,等:珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制611㊀珠江三角洲不仅径潮动力复杂,且思贤滘形态为罕见的X形交叉口,进一步加大了问题的复杂性㊂本文结合资料分析㊁物理模型㊁数学模型及理论分析等方法,分析思贤滘分流的自适应调节规律,探讨X形潮汐汊口的分流机制,丰富感潮型分汊河道的分流理论研究,研究成果以期为河口三角洲的防洪㊁供水安全及水生态环境保护提供理论指导与决策建议㊂1㊀研究区域概况珠江三角洲形态呈 三江汇流,八口出海 格局(图1)㊂其中, 三江 分别为西江㊁北江和东江,西江㊁北江于广东省三水思贤滘相汇后注入西北江三角洲,东江于东莞市石龙镇汇入东江三角洲㊂西江和北江是珠江的两大重要水系,思贤滘为两江相连之处,是珠江三角洲上沟通西㊁北两江的第一条汊道㊂西㊁北江来流在此经过重新分配后折头南下,随后经河网各级支汊,通过八大口门入海㊂马口㊁三水水文站分别位于思贤滘西㊁东汊口,是西㊁北江下游的主要控制站㊂在平面上,思贤滘区呈X形,并且在几十上百年来维持着稳定的X形主支汊地貌形态格局㊂图1㊀研究区域Fig.1Study area2㊀资料收集与研究方法2.1㊀资料收集本文收集思贤滘区1999年㊁2005年和2020年3套地形数据,资料来自中水珠江规划勘测设计有限公司提供的水下地形测量成果;收集马口㊁三水断面20世纪60年代以来共7套断面地形数据,资料来自珠江水利委员会历次水文测验的实测大断面成果;收集马口㊁三水站1959 2017年逐日流量数据,马口㊁灯笼山㊁三水㊁冯马庙站年平均水位特征值,数据来自‘珠江流域水文资料“年鉴;收集珠江流域2005年6月及2006年7月洪水期水文资料,数据来自珠江水利委员会提供的特大洪水水文测验成果㊂612㊀水科学进展第34卷㊀2.2㊀研究方法2.2.1㊀数学模型建立包含珠江河网区及河口湾区的潮流数学模型(图2(a)),模型的计算范围是112ʎ12ᶄE 114ʎ54ᶄE, 21ʎ12ᶄN 24ʎ48ᶄN㊂模型有5条上游开边界,分别是潭江的石咀㊁西江的高要㊁北江的石角㊁溪流河的老鸦岗和东江的博罗,外海开边界为45m等深线处㊂模型采用1999年地形成果,采用1998年6月典型洪水期的珠江河网区同步水文测验资料进行验证,主要验证三角洲河网区的水位及马口㊁三水流量,计算误差在10%以内,符合相关规程要求㊂2.2.2㊀物理模型思贤滘局部物理模型上游边界取自西㊁北江弯道上游的顺直段(图2(b)),距离思贤滘约6km;下游边界分别位于距马口站4.8km㊁三水站8km的顺直段,原型南北长约17km,东西宽约16km㊂物理模型的平面比尺为300,垂直比尺为100,变率为3㊂模型下边界通过H Q(水位 流量)关系控制,采用溢流堰确定H Q关系使之与原型基本一致㊂工程后的流量变化则通过量水堰直接测得㊂采用2020年6月小洪水进行模型率定,采用2005年6月大洪水进行模型验证,主要验证马口㊁三水站水位及流量㊂图2㊀思贤滘数学模型网格及物理模型研究范围与布局Fig.2Sixianjiao mathematical model grid and research scope and layout of physical model3㊀思贤滘地形演变特征思贤滘全长约1.5km,平均河宽250m㊂滘区在平面上呈X形,西滘口跟西江干流相通,北滘口跟北江干流相接,西滘口南岸是陡直的岩质山体,其上游约500m沙洲为琴沙,北滘口上游沙洲为老鸦沙㊂1999 2020年,思贤滘区河道大体呈现滩淤槽冲特征㊂其中,1999 2005年,思贤滘区西江侧以冲刷为主,容积增加0.07亿m3,增幅为3%,主槽最大下切超过20m;北江侧河道相对平衡(表1,图3(a))㊂2005 2020年,思贤滘区西江侧总体由冲转淤,容积减少0.33亿m3,减幅为16%,滩槽分化显著,边滩强烈淤积,淤高超过5m,冲刷主要发生在局部深槽;北江侧容积减少0.13亿m3,减幅为15%(表1,图3(b))㊂分析范围向下游扩展,西江下游马口至天河段总体持续冲刷,北江三水至三善滘段由冲转淤(表1)㊂考虑当前上游来沙趋于减少,思贤滘区的马口及三水断面河床相对稳定(图4),预计未来思贤滘下游及三角洲河道河床较为稳定,滘区地形格局不会出现大的变化㊂㊀第4期袁菲,等:珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制613㊀表1㊀思贤滘区及下游河段容积及其变化Table1Volume and change of Sixianjiao area and its downstream reaches河段容积/亿m3变幅/%1999年2005年2020年1999 2005年2005 2020年思贤滘区(西江侧) 2.03 2.10 1.773-16思贤滘区(北江侧)0.910.900.77-1-15马口 天河(西江)10.3011.0812.51813三水 三善滘(北江) 3.85 6.68 4.2973-36注:思贤滘区地形为2020年测量,西江马口 天河段㊁北江三水 三善滘段地形为2016年测量㊂图3㊀思贤滘区河道地形冲淤演变Fig.3Evolution of the terrain near Sixianjiao图4㊀思贤滘区马口㊁三水断面地形变化Fig.4Terrain change of Makou and Sanshui sections near Sixianjiao4㊀思贤滘分流自适应调节规律4.1㊀历史分流规律2000多年前思贤滘附近是洲岛众多的汊河区,西江直流过滘,随着北江东迁及三角洲的推进发展,元明614㊀水科学进展第34卷㊀时期,思贤滘形成西㊁北江分流(西江过北江)格局;清朝,围堤修筑加速滘区变窄,发育曲流弯道,思贤滘成为分流天然调节器,水流以西江过北江为主,同时洪水也可以反过西江[20];民国以来,由于北江河床增高快,过西江水量日增,形成了北江 强支夺干 的形势;20世纪50年代,年均北江水量入西江为22%,枯水季则达70%~80%㊂从思贤滘过滘水流的变化可以推断,其分流形势的调整与河床的冲淤变化密切相关㊂图5㊀马口洪季㊁枯季及全年分流比的年际变化Fig.5Inter-annual change of the flood season,dry seasonand annual diversion ratio of Makou4.2㊀近期分流变化20世纪60 90年代,思贤滘水流以北江过西江为主,洪季少部分时间为西江过北江㊂20世纪80年代以来,三角洲采砂活动频繁,思贤滘分流比不断调整㊂20世纪80年代至1993年,三角洲采砂主要发生在北江片区,北江三水分流比增大,西江马口分流比骤降,西江过北江流量增大;1993 2005年,西江采砂幅度大于北江,分流逐渐向西江增加;2005年以后,三角洲全面禁采,西㊁北江河床相对稳定,洪水分流比基本保持在78%左右(图5)㊂图6㊀各年代思贤滘日均流量与三水分流比关系Fig.6Relationship between the daily flow in the Sixianjiao channel and the diversion ratio at Sanshui over the years4.3㊀分流自适应调节规律采用马口及三水水文站逐日流量资料分析思贤滘的分流特征,见图6,上游来流量越大,三水的分流比越大;当流量达到一定阈值时,分流比趋于稳定,㊀第4期袁菲,等:珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制615㊀大洪水时三水分流比稳定在25%左右,西江马口与北江三水流量比大致为3ʒ1㊂对比20世纪90年代前与2000年后三水的分流比,地形不均匀下切致使在同等来流条件下,三水分流比增大(图6(d))㊂枯水期思贤滘水流受到潮汐顶托作用影响,无明显规律㊂图7㊀物理模型试验中 067 洪水思贤滘分流情况Fig.7Results of a physical model experiment on the Sixianjiaodiversion during the typical 067 flood采用物理模型研究思贤滘的分流规律,模型试验结果表明(图7):①2006年7月,北江洪水为主的试验(代号 067 )中,思贤滘上游西㊁北江来流比随时间不断变化,但下游分流比趋于稳定㊂分流前,西㊁北江流量比范围为1.2~7;分流后,马口和三水流量比总体稳定在3ʒ1㊂②2005年6月,西江洪水为主的试验(代号 056 )中,洪峰时刻,思贤滘水流为西向北(图8)㊂2006年7月,北江洪水为主的试验中,洪峰时刻,思贤滘水流为北向西㊂③当西江洪水大于北江洪水3倍以上时,思贤滘水流为西江过北江;当西江洪水小于北江洪水3倍时,则为北江过西江㊂由此可见,思贤滘是一个天然的洪水调节器,具有稳定西㊁北江洪水分流比的作用㊂图8㊀ 056 及 067 洪水思贤滘分流物理模型试验Fig.8Physical model experiments on the Sixianjiao diversion during the typical 056 and 067 floods5㊀思贤滘分流自适应调节机制5.1㊀思贤滘下游地形影响根据流量关系Q =Av ,其中,Q 为流量,A 为过水断面面积,v 为断面平均流速㊂对于受两岸堤防约束的河道,其断面往往呈不规则 U 型形态,断面的上部水面宽趋近于常数,水位 面积关系曲线近于直线㊂当水位变化d Z 时,面积相应变化d A ,水位 面积关系曲线的斜率与河宽(B )之间有如下关系:d A /d Z =B ㊂对两边同时积分可得,A =BZ +a ,其中,a 为堤防以下不规则的河床断面面积,BZ 为由堤防约束的规则矩形面积,其物理意义可理解为:断面过水面积由堤防上㊁下2部分断面面积组成㊂西江与北江的平均过水断616㊀水科学进展第34卷㊀面面积之比则表示为A xjA bj =B xj Z xj +a xjB bj Z bj +a bj (1)式中:下标xj㊁bj 分别表示西江㊁北江㊂西㊁北江由思贤滘联通,滘区附近两江水位相差较小,因此,上式可视为A xj /A bj 关于Z 的反函数,当Z 由0无限增大时,A xj /A bj 不断减小且趋于定值,当两江存在水位差Δz 时,该趋势依然显著,相关关系见图9,即B xjB bj <A xjA bj <a xja bj(2)由于两岸水位不会无限升高,因此,A xj /A bj 最终表现为介于B xj /B bj 与a xj /a bj 之间的某一值,且随水位升高趋向于稳定㊂根据水位与流速的一般关系,随着水位升高,流速先增大后趋向于定值,此时过水断面面积为流量的主要控制因素㊂西㊁北两江河道由堤防约束,高水位时河宽固定,随水位升高,两江过水断面面积之比不断减小且趋于稳定,这是造成两江流量之比不断减小且趋于定值的主要原因㊂采用思贤滘下游30km 河段的多套地形资料验证两江过水断面面积之比,结果表明,随着水位的升高,西㊁北江平均过水断面面积之比不断减小,且水位越高减幅越小,比值趋向于稳定(表2及图9)㊂图9㊀西㊁北江断面面积比随水位变化Fig.9Ratio of section area between Xijiang andBeijiang rivers with the water level表2㊀思贤滘下游西、北江河段断面面积比Table 2Ratio of the crossing section area of the Xijiang and Beijiang rivers at the downstream of Sixianjiao水位/m 1999年2005年2016年<0 3.7 3.7 3.9<5 3.1 3.2 3.3<102.93.03.1进一步计算不同水面线下思贤滘下游不同距离河段的过水断面面积之比(表3),各河段的比值仍趋近于定值,然而不同河段的比值不同;根据曼宁公式v =CRS f (C 为谢才系数,R 为水力半径,S f 为水力坡降),忽略水力坡降影响,在宽浅河段R 约等于水深(h ),流速与h 成正比,因此Q xj /Q bj =A xj v xj /A bj v bj ʈ(A xj /A bj )(h xj /h bj )(3)考虑流速变化后,思贤滘下游15km 内,西㊁北两江计算流量之比趋近于3ʒ1,与分流规律一致;思贤滘下游30km,西㊁北两江流量之比趋近于3.5ʒ1,这是由于北江下游15~30km 之间紫洞水文站附近的支汊分流,导致两江流量比值变化㊂综上可知,天然条件下,思贤滘下游地形是分流自适应调节的决定性因素,其中,西㊁北江过水断面面积之比是控制分流比的关键地形参数,水深对分流比有小幅修正作用㊂㊀第4期袁菲,等:珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制617㊀表3㊀频率洪水水面线下的西㊁北江地形参数及流量之比Table3Topographic parameters of the Xijiang and Beijiang rivers and their flow ratiosfor water levels corresponding to different flood frequencies河段A xj/A bj h xj/h bj Q xj/Q bj50年一遇100年一遇50年一遇100年一遇50年一遇100年一遇思贤滘下游7km 2.7 2.6 1.2 1.2 3.2 3.0思贤滘下游15km 2.7 2.6 1.2 1.2 3.3 3.1思贤滘下游30km 3.2 3.1 1.2 1.1 3.7 3.5㊀㊀思贤滘下游的西㊁北江干流至入海口河道总长分别约为145㊁90km,且河道沿程多汊道分流,因此有必要进一步研究影响两江分流的关键河段㊂根据数学模型对下游不同河段河床变化后的分流效果进行计算,见表4,分别对思贤滘下游2.5㊁7㊁15㊁30及60km河段河床进行改造,结果表明,越往下游,地形变化对分流影响越小,思贤滘下游局部河段(大约7km左右)是控制两江分流比的节点性河段㊂表4㊀思贤滘下游北江不同河段回填5m后和西江不同河段下切5m分流变化Table4Changes in flow diversion under different engineering conditions in the river sections downstream of Sixianjiao:a 5m backfill in different sections of the Beijiang River versus a5m incision in the different sections of the Xijiang River工况回填5m下切5m三水分流比/%分流比变幅/%三水分流比/%分流比变幅/%现状25/25/2.5km19 2.4021 1.507km13 2.40210.8015km13 1.20210.4030km120.40190.2060km120.20160.105.2㊀思贤滘下游变动回水影响枯水时,思贤滘分流受到下游涨潮动力影响无明显规律,可以归结为下游变动回水的影响㊂引起变动回水的原因包括:下游水库㊁湖泊和海洋等水体水位的变化引起的顶托;干流受下游支流涨水的顶托;下游渠道闸门的启闭;下游河道壅水或植被阻力等㊂受变动回水影响的水流可认为属于稳定渐变流,因为下游水量的变化一般是缓变的,下游回水的顶托引起的比降变化亦是缓变的,因此,受变动回水影响时的流量与各水力因素间的关系可用曼宁公式表示,即Q1 Q2=AR2/3S1/2f1/nAR2/3S1/2f2/n=S1/2f1S1/2f2(4)式中:下标1㊁2分别表示下游发生变动回水前㊁后的情况;n为糙率㊂表明受变动回水影响,下游水体变化引起的水力坡降变化导致河道过流量发生变化,进而影响西㊁北两江分流比㊂基于物理模型,控制西江㊁北江来流量和来流比不变,通过改变下游边界水位的方法,分别设置3组工况,模拟下游变动回水对思贤滘分流的影响(表5)㊂为研究西江下游变动回水影响,采用西江为主洪水进行模拟,上游边界为西江100年一遇遭遇北江5年一遇流量,下边界采用插板法壅高水位,见表5㊂试验表明,西江马口下游水位壅高后,西㊁北两江流量之比发生变化,但变幅较小,马口水位抬升1m,三水水位相应抬升0.9m,两江流量之比由3.1降至2.7㊂为研究北江下游变动回水影响,采用北江为主洪水进行模拟,618㊀水科学进展第34卷㊀上游边界为西江5年一遇遭遇北江100年一遇流量,下边界采用插板法壅高水位,见表5㊂试验表明,北江三水下游水位壅高后,西㊁北两江流量之比发生显著变化,三水水位抬升1m,马口水位相应抬升0.5m,两江流量之比由3.4升至5.3㊂综上可知,西㊁北两江下游变动回水均会导致思贤滘分流的变化,但思贤滘分流对北江下游水位变化更为敏感㊂由此也可推断,枯季珠江口潮汐上溯动力强,思贤滘下游受潮水顶托影响,不同径潮动力组合作用下的水面比降变化是枯季分流比紊乱的主要原因㊂表5㊀思贤滘下游马口和三水水位变化后的分流情况Table 5Diversion after the change of Makou and Sanshui water level in the downstream of Sixianjiao工况马口水位变化三水水位变化水位/m 流量水位/m 流量马口三水马口/(m 3㊃s -1)三水/(m 3㊃s -1)比值马口三水马口/(m 3㊃s -1)三水/(m 3㊃s -1)比值工况19.39.64990015900 3.18.79.34510013200 3.4工况29.710.04930016600 3.08.99.74648911800 3.9工况310.310.548100178002.79.210.34906793505.35.3㊀思贤滘分流计算根据思贤滘分流变化影响因素,结合曼宁公式Q =Av =AC RS f ㊁C =R 16n,从而得到西江的分流比(ηxj )为:ηxj =Q xj /(Q xj +Q bj )(5)ηxj =1+h bjh xj()2/3S fbj S fxj()1/2A bj A xj ()n xj n bj()[]-1(6)选取思贤滘下游两江关键河段的马口㊁三水断面为计算断面,以水下地形为依据,计算其过水面积㊁平均水深及水力坡降(表6),根据收集地形资料情况,采用分流比公式(6)分别计算1965年㊁1974年㊁1999年㊁2000年㊁2005年㊁2007年及2017年马口年均分流比,在思贤滘附近,马口㊁三水断面均为沙质河床,式(6)中两汊糙率虽有差别,但与过水面积㊁水深等相比,其差别要小得多,对分流比应不致有大的影响,因此取思贤滘两汊糙率之比为1㊂将计算结果与马口水文站实测年均分流比进行对比,见图10㊂仅考虑地形的影响时,计算值与实际值误差达到6%;同时考虑水力坡降影响时,计算值与实际值误差基本在1%以内(计算地形采用历年马口㊁三水实测大断面地形,水力坡降根据水文年鉴中的年平均潮位计算)㊂表6㊀思贤滘分流比计算参数Table 6Calculation parameters of the Sixianjiao diversion ratio年份过水面积/m 2水深/m水力坡降/10-6马口三水马口三水马口 灯笼山三水 冯马庙1965年14601388113.8 4.9 5.99.01974年153********.1 6.08.311.01999年155********.07.5 6.47.32000年155********.07.5 6.47.32005年20761708119.09.57.28.92007年20761708119.09.5 4.5 5.02017年16811558516.98.35.07.6㊀第4期袁菲,等:珠江三角洲顶点思贤滘分流自适应调节机制619㊀图10㊀马口分流比实际值与计算值对比Fig.10Comparison between the actual value and thecalculated value of the diversion ratio of Makou㊀㊀根据分流比计算公式,思贤滘X 形汊口分流比受两汊河段的水深㊁过水面积㊁糙率及水力坡降控制,而河段水力坡降由上游流量㊁下游海平面㊁汊道河床变化共同影响㊂考虑水力坡降与不考虑水力坡降2种情况下,分流比的计算误差在4%以内,因此可以认为,当上下游水文边界条件不发生明显变化时,两汊河床变化是三水㊁马口分流比调整的主要原因;当受涨潮动力或建闸等水利工程产生变动回水影响时,水力坡降对分流也产生重要影响㊂5.4㊀讨论思贤滘分流从年际变化来看,20世纪90年代前,马口分流比枯季为89.4%~93.1%,洪季为83.9%~85.3%;20世纪90年代后,马口分流比枯季为80.7%~85.2%,洪季为76.8%~78.0%㊂枯季马口分流比始终大于洪季,这是由于汊口分流与过水断面面积有关,流量越小,两江断面面积之比越大,马口分流越多㊂21世纪以来,洪季马口分流比受地形变化影响有小幅回升趋势,但枯季马口分流比却无明显回升,甚至有下降趋势,枯季汊口涨潮动力较强,潮动力顶托对分流产生变动回水影响,考虑近年来西江干流水道地形不断下切,枯季马口附近涨潮动力增强,由潮动力增强引起马口向三水分流增多,与地形引起的马口分流回升相互制衡,枯季分流比未出现显著回升趋势㊂综上分析,得到思贤滘 洪季两汊河床控制,枯季潮汐均衡 的分流认识,潮动力的变化使思贤滘汊口洪季与枯季分流比变化趋势出现差异,但究其根本还是由于河网汊道不均匀下切造成的㊂6㊀结㊀㊀论本文采用物理模型㊁数学模型㊁原型资料分析和理论分析等方法,依据20世纪60年代以来思贤滘区水文地形资料,分析了珠江三角洲顶点思贤滘的分流自适应调节规律,探讨了这种X 形汊口的分流机制,主要结论如下:(1)思贤滘是一个天然的洪水调节器,具有稳定西㊁北江洪水分流比的作用㊂它的分流自适应调整规律表现为:洪水越大,西江马口与北江三水流量之比越稳定,稳定值大致为3ʒ1左右;枯水期受潮汐影响,规律性不强㊂(2)天然条件下,思贤滘下游地形是分流自适应调整的决定性因素㊂其中,西㊁北江过水断面面积之比是控制分流比的关键地形参数,河道河宽受两岸堤防约束,随着流量加大,西㊁北两江过水断面面积之比趋近于两江河宽之比,致使洪水期两江流量之比趋于定值㊂思贤滘下游7km 河段是控制两江分流比的节点河段㊂思贤滘下游水体变化引起水力坡降变化时,思贤滘分流相应改变,这种变化可认为是下游变动回水对分流的影响,思贤滘分流对北江下游水体变化更为敏感㊂(3)未来思贤滘的治理与保护应遵循自然规律,保护河流生态系统,顺应地形演变趋势进行地形微改造,充分挖潜思贤滘的天然调节功能,驱使分流自动适应地形变化,达到调控目标㊂参考文献:[1]EDMONDS D,SLINGERLAND R,BEST J,et al.Response of river-dominated delta channel networks to permanent changes inriver discharge[J].Geophysical Research Letters,2010,37(12):1-5.620㊀水科学进展第34卷㊀[2]HOITINK A J F,WANG Z B,VERMEULEN B,et al.Tidal controls on river delta morphology[J].Nature Geoscience,2017, 10(9):637-645.[3]TURNER A,MILLWARD G E.Suspended particles:their role in estuarine biogeochemical cycles[J].Estuarine,Coastal and Shelf Science,2002,55(6):857-883.[4]BUSCHMAN F A,van DER VEGT M,HOITINK A J F,et al.Water and suspended sediment division at a stratified tidal junction [J].Journal of Geophysical Research:Oceans,2013,118(3):1459-1472.[5]FEDERICI B,PAOLA C.Dynamics of channel bifurcations in noncohesive sediments[J].Water Resources Research,2003,39(6):1162.[6]MIORI S,REPETTO R,TUBINO M.A one-dimensional model of bifurcations in gravel bed channels with erodible banks[J]. Water Resources Research,2006,42(11):w11413.[7]KLEINHANS M G,JAGERS H R A,MOSSELMAN E,et al.Bifurcation dynamics and avulsion duration in meandering rivers by one-dimensional and three-dimensional models[J].Water Resources Research,2008,44(8):w08454.[8]BERTOLDI W,ZANONI L,MIORI S,et al.Interaction between migrating bars and bifurcations in gravel bed rivers[J].Water Resources Research,2009,45(6):w06418.[9]李彦伟,刘菁,侯庆志,等.瓯江江心屿河段分流比演变及其影响因素[J].人民长江,2020,51(11):22-27,133. (LI Y W,LIU J,HOU Q Z,et al.Evolution and influence factors of diversion ratio of Jiangxinyu reach in Oujiang River[J]. Yangtze River,2020,51(11):22-27,133.(in Chinese))[10]刘菁,左利钦,徐群,等.山溪性强潮河口分汊河道演变机制:以瓯江江心屿河段为例[J].水科学进展,2022,33(2):274-285.(LIU J,ZUO L Q,XU Q,et al.Study on the evolution mechanism of bifurcated branches in the macro-tidalestuary with a mountain stream:case study of the Jiangxinyu reach in the Oujiang River[J].Advances in Water Science,2022, 33(2):274-285.(in Chinese))[11]张蔚,傅雨洁,过津侃,等.潮波运动对长江口分流的影响[J].水科学进展,2018,29(4):551-556.(ZHANG W,FU Y J,GUO J K,et al.Influence of tidal motion on discharge distribution in Yangtze Estuary[J].Advances in Water Science, 2018,29(4):551-556.(in Chinese))[12]韦立新,曹双,张涛涛,等.感潮分汊河道平均分流㊁分沙比确定方法探讨[J].人民长江,2015,46(15):18-21.(WEI L X,CAO S,ZHANG T T,et al.Determination and discussion of average flow and sediment diversion ratio of tidal brai-ded river reach[J].Yangtze River,2015,46(15):18-21.(in Chinese))[13]何为.珠江河口分汊机制及其对排洪和咸潮上溯的影响:以东三口门为例[D].上海:华东师范大学,2012.(HE W.Bifurcated mechanism and its impact on flood discharge and saline intrusion in Pearl River Estuary[D].Shanghai:East China Normal University,2012.(in Chinese))[14]LIU C J,YU M H,JIA L M,et al.Impacts of physical alterations on salt transport during the dry season in the Modaomen Estu-ary,Pearl River Delta,China[J].Estuarine,Coastal and Shelf Science,2019,227:106345.[15]杨清书,罗章仁,沈焕庭,等.珠江三角洲网河区顶点分水分沙变化及神经网络模型预测[J].水利学报,2003,34(6):56-60.(YANG Q S,LUO Z R,SHEN H T,et al.The change of diversion ratio of flow and sediment in the Pearl RiverDelta and application of the neural network prediction model[J].Journal of Hydraulic Engineering,2003,34(6):56-60.(in Chinese))[16]张灵,王兆礼,陈晓宏.西北江网河区顶端分流比变化特征研究[J].水文,2010,30(6):1-4,23.(ZHANG L,WANG Z L,CHEN X H.Variation characteristics of annual average diversion ratio of discharge in the Upper West River and North River Network[J].Journal of China Hydrology,2010,30(6):1-4,23.(in Chinese))[17]刘幼萍.珠江三角洲河网区变化环境下的河床演变趋势和水文极端事件[J].水文,2020,40(3):71-75,96.(LIU YP.Tendency of fluvial process and hydrologic extreme events in river network of Pearl River Delta under changing environment[J].Journal of China Hydrology,2020,40(3):71-75,96.(in Chinese))[18]陈小齐,余明辉,刘长杰,等.珠江三角洲近年地形不均匀变化对洪季水动力特征的影响[J].水科学进展,2020,31(1):81-90.(CHEN X Q,YU M H,LIU C J,et al.Impact of recent uneven channel evolution on hydrodynamic characteris-。

水文监测智能系统项目计划书一、项目背景随着社会经济的快速发展和水资源的日益紧张，水文监测的重要性愈发凸显。

传统的水文监测方式存在着数据采集不及时、不准确、监测范围有限等问题，难以满足现代水资源管理和水利工程建设的需求。

为了提高水文监测的效率和精度，实现水文数据的实时采集、传输和分析，我们计划开发一套水文监测智能系统。

二、项目目标本项目的目标是开发一套集数据采集、传输、存储、分析和预警于一体的水文监测智能系统，实现对水位、流量、降雨量、水质等水文参数的实时监测和精准分析，为水资源管理、水利工程建设、防洪抗旱等提供科学依据和决策支持。

三、项目内容1、传感器网络建设选择高精度、高可靠性的水位传感器、流量传感器、雨量传感器和水质传感器等，构建覆盖监测区域的传感器网络。

优化传感器的布局，确保监测数据的全面性和代表性。

2、数据采集与传输系统开发数据采集终端，实现对传感器数据的实时采集和预处理。

采用 GPRS、NBIoT 等无线通信技术，将采集到的数据及时传输至数据中心。

3、数据中心建设搭建高性能的数据服务器和存储设备，确保数据的安全存储和快速访问。

建立数据管理平台，实现对数据的分类、整理、归档和备份。

4、数据分析与处理系统运用数据分析算法和模型，对采集到的水文数据进行深度分析，提取有用信息。

实现数据的可视化展示，为用户提供直观、清晰的数据分析结果。

5、预警系统根据设定的阈值和预警规则，当监测数据超过预警值时，及时发送预警信息。

建立多种预警方式，如短信、邮件、手机 APP 推送等，确保预警信息的及时送达。

四、项目技术路线1、传感器技术选用先进的传感器技术，如雷达水位计、超声波流量计、翻斗式雨量计等，提高数据采集的精度和可靠性。

2、通信技术采用无线通信技术，如 GPRS、NBIoT 等，实现数据的远程传输。

同时，考虑采用卫星通信作为备用通信方式，确保在通信网络故障时数据的正常传输。

3、数据库技术选用关系型数据库（如 MySQL、Oracle 等）和非关系型数据库（如 MongoDB、Redis 等）相结合的方式，存储和管理海量的水文数据。

183综述1.水文站基本情况1.1测站概况占陇水位站位于揭阳市普宁市占陇镇洋美山村，东经116°16'27.3"，北纬23°18'27.2"，建立于2012年6月，站点观测项目为水位和雨量，站点控制集水面积321km2，该站集水面积占全流域23.8%。

基本断面位于水尾溪交汇口下游2km，主要控制练江干流及白坑湖水、白马溪、水尾溪汇合后的水文变化情况。

同时该站位于揭阳、汕头两市交界处较近，对分析两市出入境水量有重要的参考作用。

练江发源于普宁市池尾街道高明村，流域面积1236km2，河流长度77km，河流平均坡降0.000428，流经普宁市、汕头潮南区、汕头潮阳区，最后注入南海。

占陇站断面点下游20米即建有练江占陇水闸和公路大桥，断面河道右岸为沿河公路，河道断面为梯形断面。

测验河段平面图见下图。

图1　占陇站测验河段平面图1.2 上下游主要水利工程占陇站基本水尺断面上游有四宗中型水库，分别为上三坑水库、下三坑水库、白沙溪水库和汤坑水库。

下游20m处有占陇练江水闸。

该水闸地处占陇镇洋尾山村，是一宗以防洪、排涝、灌溉的大型水利枢纽工程，该闸始建于1985年5月，至1995年10月重建。

工程按十年一遇设计，上游集水面积321km2，主要建筑物包括10孔拦河闸。

闸上设交通桥，桥面高程8.68m。

水闸具有发电功能，发电进水口位于水闸右侧，占陇站水位受此水闸调控影响显著。

图2　主要水利工程位置示意图1.3占陇站水文概况占陇站原为中小河流专用站，于2020年升级为基本水位站并参与整编，该站水位主要受下游20m处占陇练江水闸调控影响，本年度水位情况如下表所示：表1　占陇站最高水位与最低水位表年份最高水位最低水位2020 3.40 -0.022.智能图像水位识别系统智能水位图像识别系统，通过智能化摄像头对测站的预置位置配准，通过图像对水尺、水尺同名点及高程的模板制作，以保证基础数据的可靠性；根据模板匹配算法、SIFT特征点提取、RANSAC随机抽样一致性等算法将原图与模板进行配准，解决摄像头抖动引起的图像水尺位置变化时同名点及水尺位置的查找；根据图像二值化算法精准查找夜间图像水尺在正常情况及强光下的水位线；根据底色匹配模板算法及同名点精准查找白天在正常情况及强光、水尺倒影等的水位线；基于deeplabv3+模型的语义分割技术，对识别误差较大的图片用deeplabv3+模型不断训练提高识别的精度；根据智能化摄像头算法控制预置点位置，进行多水尺实时图像抓拍分析水位，智能化选择合适水尺分析水位。

多波束及其辅助设备在水利应急监测上的应用钟永【摘要】受多年历史洪水冲刷,珠江三角洲河床明显下切,引起多起堤围决口、坍塌、滑坡等险情,多波束测深系统分别与GPS、三维激光扫描仪、侧扫声呐地貌扫描仪组合应用,监测精度高,水利应急监测中能够快速监测水下地形、解决能见度低环境监测难题、精准获取险情地形地貌等决策数据,为处置险情提供科学依据.【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】5页(P40-44)【关键词】河床下切;多波束测深系统;应用;水利应急监测【作者】钟永【作者单位】广东省水文局佛山水文分局,广东佛山 528000【正文语种】中文【中图分类】TV221.1从20世纪90年代起，珠江三角洲发生了“94.6”、“96.7”、“98.6”、“05.6”、“08.6”等大洪水，大部分河道河床明显下切，北江三水水文站断面最大下切约10 m，西江马口水文站断面最大下切约6.5 m[1]。

河床下切使堤身相对高度加大，岸坡变陡、深槽迫岸、急流割脚，极易引起堤岸决口、坍塌、滑坡、管涌、沉裂等险情。

当河道堤围出现险情时，根据处置险情的不同需求，采用多波束测深系统分别与GPS、侧扫声呐地貌扫描仪、三维激光扫描仪等组合应用，快速采集险情区域的水下河床地形、地貌、陆岸地形等的动态变化过程，为险情处置提供决策数据。

这种应用是监测河道水陆数据最先进、最科学、最有效的方式，完全能满足应急监测要求时间快速性、数据准确性、成果可靠性的需求。

多波束测深是采集河道水下地形数据，侧扫声呐采集河道水下地貌数据，三维激光扫描仪扫描陆地岸线地形数据，GPS是空间定位，不同的组合应用发挥不同的作用(见图1)。

多波束水下测量精度判别标准，参照《水利水电工程测量规范》(SL 197—2013)的规定单波束测深的精度控制标准“测深点的高程中误差：水深小于等于20 m时，高程中误差为±0.2 m；水深大于20 m时，高程中误差为±0.01H(H为水深值，单位为m) [2]”。

小型水文水质自动监测站技术方案1. 概述水文水质监测是为国家合理开发利用和保护水土资源提供系统水文水质资料的一项重要的基础工作，是水生态、水资源、水安全科学管理和保护的基础。

水质监测的目的是及时、准确、全面地反映水环境质量现状及发展趋势，为水环境监测、管理、规划、污染防治、生态预警等提供科学依据。

水文水质在线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术、GIS技术以及相关的专用分析软件和通信网络所组成的一个综合性的在线自动监测系统。

水质在线自动监测系统是一套把多项监测指标的分析仪表组合在一起，从采样、分析到记录、整理数据（包括远程数据）、中心遥测组成的系统，结合相应的监控及分析软件，实现实时在线自动监测，满足运行可靠稳定，维护量少的要求，并实现无人值守。

一套完整的大型大型水质在线自动监测系统，由于其系统复杂，建设成本高，建设周期长，运营维护成本高等原因。

进行大面积的布点建设存在较大的困难。

随着国际上水质技术的发展，多参数高集成的设备已经得到了广泛的认可。

利用国外先进的高集成的一体化多参数水质监测仪，配合我公司数据采集遥测系统及通用水环境水资源管理监控平台软件，可以非常方便的实现地表水、地下水、水源水、饮用水、排放口、海洋等不同水体的水质自动在线监测，有效的实时监测水质的变化情况，为水生态、水环境、水安全的有效管理提供可靠的分析和监控。

监测的指标主要包括包括水位、流量、水温、溶解氧、pH、电导、盐度、浊度、蓝绿藻，氨氮离子等多种参数。

所监测的各类指标可通过有线或无线传输方式传送到监控中心，也可在监测现场实时读取数据。

2. 技术方案2.1系统组成：系统主要包括Nimbus气泡水位计、SLD超声波多普勒流量计、Hydrolab多参数水质分析仪、数据采集遥测系统、供电系统、监控管理软件等几部分组成。

系统组成示意图Nimbus气泡水位计、SLD超声波多普勒流量计和Hydrolab多参数水质监测设备实时或按触发模式采集各项水质参数，通过遥测单元，将数据实时报送给监控中心或移动监控终端。

水文监测站工作原理1.传感器：水文监测站通常配备多种传感器，以测量不同的水文要素。

常见的传感器包括水位传感器、流量传感器和水质传感器等。

水位传感器通常是压力传感器或浮球式传感器，通过测量水压或浮力来确定水位。

流量传感器通常是电磁流量计或超声波流量计，用于测量水流速度和流量。

水质传感器可以测量水中的各种物理和化学性质，如温度、pH值、电导率和溶解氧等。

2.数据采集设备：水文监测站的数据采集设备负责收集传感器测得的数据，并进行处理和存储。

数据采集设备通常包括微处理器、模数转换器和存储器等。

微处理器负责控制数据采集的流程，并将原始数据转换为数字信号。

模数转换器将传感器测得的模拟信号转换为数字信号，以便计算和分析。

存储器用于存储数据，通常是固态硬盘或存储卡。

3.通信装置：水文监测站通常需要将采集到的数据传输到监测中心或其他地方，以便进一步分析和处理。

为了实现数据传输，水文监测站配备了通信装置，通常包括无线通信模块或卫星通信设备。

无线通信模块可以通过GPRS、CDMA或其他无线通信技术将数据传输到监测中心。

卫星通信设备能够通过卫星连接到互联网，实现远程数据传输。

4.电源：水文监测站通常需要长期稳定的电源供应，以保证其正常工作。

常见的电源方式包括太阳能和蓄电池供电。

太阳能电池板可以将阳光转换为电能，为水文监测站提供电力。

同时，蓄电池也用于存储电能，以在晚上或阴雨天提供稳定电源。

1.传感器感知环境：水位、流量和水质传感器感知水文要素的变化，并将测得的模拟信号发送到数据采集设备。

2.数据采集和处理：数据采集设备将传感器的模拟信号通过模数转换器转换为数字信号，并进行数据处理和分析。

数据采集设备还负责对采集到的数据进行时间戳，以记录数据的采集时间。

3.数据存储：数据采集设备将处理后的数据存储在存储器中，以备日后检索和分析。

4.数据传输：通过通信装置，采集到的数据可以通过无线通信或卫星通信传输到远程监测中心。

5.数据分析和处理：在远程监测中心，收集到的数据将进行进一步的分析和处理，以得到更准确的水文信息，并用于水文模型的构建和预测。

智慧水利感知系统建设项目需求
一、项目背景
从防汛防台重点等需求出发，实现水文监测传输“两个双保障”。

通过新建改建水文测站监测设备，实现传输“两个双保障”，即监测双保障：增配双套监测设备，实现前端监测采集双保障；传输双保障：新建北斗卫星信道和升级移动通信信道，实现水文监测数据传输双保障。

确保水文数据都能快速高效集成到水文平台，保证在水文数据传输的终端稳定、移动4G/北斗通信信道双保障，系统平台安全等，实现水文监测数据实时共享共用。

二、建设内容
本次项目建设任务为7个国家雨量站的传输设备升级，河流1水文测站应急监测建设，超标准洪水应急监测机构建设和5座小型水闸水位计安装。

三、建设内容清单
四、水文自动测流设备项目清单及技术需求。