水利工程對水文站水文測驗(yàn)影響探討

杜定強(qiáng)

（廣東省水文局惠州水文測報(bào)中心 廣東 惠州 516000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，尤其是改革開放后，水文在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的基礎(chǔ)地位和防汛抗旱工作中發(fā)揮的作用越來越重要，水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與測站面貌發(fā)生了顯著變化，水文站的工作環(huán)境也得到較大改善。要及時(shí)的了解和掌握水資源開發(fā)的現(xiàn)狀，探索受水利工程影響的河道行洪規(guī)律、擬定相應(yīng)的流量測驗(yàn)方案。

1.工程概況

渡頭水文站位于增江上游惠州市龍門縣，地處東經(jīng)114° 10'，北緯23° 47'，集水面積472km2，是增江流域上游控制站，在大型水利樞紐工程-天堂山水利樞紐工程的下游3km處，是天堂山水利樞紐工程的流量出口控制站，對增江流域水量平衡，水資源規(guī)劃和水質(zhì)監(jiān)測有了重要的意義和作用。

2.問題的來源

渡頭水文站各水位級為：高水89.00～91.20m；中水 88.00～89.00m；低水 87.50～88.00m。由于受天堂山電站蓄放水影響，致使渡頭水文站水位呈陡漲陡落的變化趨勢，從而由突變到漸變的過程大多發(fā)生在88.00～89.00m之間，其平均漲落率約為10cm/分。致使在常規(guī)測驗(yàn)情況下其測驗(yàn)難度極大，如何在這種漲、退水都急劇的情況之下，解決該站低水流量測驗(yàn)難的問題？如何制定低水流量測驗(yàn)方法方案？針對這些問題，現(xiàn)對在88.00～89.00m水位之間的低水流量測驗(yàn)方法方案進(jìn)行分析和探討。

3.低水流量測驗(yàn)方法方案探討

對低水流量測驗(yàn)方法、方案的探討，必須按照流量測驗(yàn)規(guī)范的要求收集和積累一定的分級水位流量測驗(yàn)資料，探討低水漲退水期間的流量測驗(yàn)規(guī)律，從而探索對測驗(yàn)方法方案的擬定。

3.1 低水流量測驗(yàn)難度的因由

在天堂山電站蓄放水的過程中，以渡頭水文站為例，當(dāng)水位在88.00～89.00m范圍時(shí)，它的特性是時(shí)間短、漲落極快。當(dāng)水位呈急速上漲（或者）急速下降時(shí)，其穩(wěn)定的機(jī)率較少，致使這級低水在流量測驗(yàn)時(shí)機(jī)、方法上都難以掌握尺度，而在張落水過程中的測驗(yàn)、計(jì)算都必須采用相應(yīng)水位計(jì)算，由于多種因素導(dǎo)致單次流量測驗(yàn)相對誤差，很難達(dá)到滿意的效果和規(guī)范的要求，因此測驗(yàn)難度極大。

3.2 低水流量測驗(yàn)方案

針對受天堂山電站影響下的低水流量測驗(yàn)難度及實(shí)際情況，鑒于大多數(shù)測站普片性存在這類問題，這里以渡頭水文采用綜合水位流量關(guān)系線法推求斷面流量的方法為例，來分析探討低水流量測驗(yàn)方法、方案的制作和應(yīng)用。

3.2.1 綜合水位流量關(guān)系法：首先收集多年以來，在88.00～89.00m范圍內(nèi)的原始流量測驗(yàn)資料共計(jì)90次，通過分析、篩選取用在水位穩(wěn)定（或者較穩(wěn)定）條件下的68測次（分析計(jì)算表省略），點(diǎn)繪綜合低水綜合水位流量關(guān)系圖（如圖1所示）。擬定綜合水位流量關(guān)系曲線，并對關(guān)系線線形檢驗(yàn)，其相對誤差平均值P=0.21%，實(shí)測流量標(biāo)準(zhǔn)差SE=3.36%，其它檢驗(yàn)值均符合允許后，制定低水綜合水位流量關(guān)系表，作為推流備用。

圖1

3.2.2 綜合水位流量關(guān)系線的應(yīng)用

由附圖3所知，當(dāng)水位在88.00～89.00m時(shí)，水位流量關(guān)系線形較為穩(wěn)定。因此當(dāng)在這級水位無法正常開展流量測驗(yàn)的情況下，可直接根據(jù)水位在綜合水位流量關(guān)系線（表）上查出對應(yīng)的流量值，即當(dāng)出現(xiàn)Z1、Z2、Zn水位時(shí)，根據(jù)Z值分別在綜合水位流量關(guān)系表中就可以查得Q1、Q2、Qn所對應(yīng)的流量。這樣就可以彌補(bǔ)在陡漲陡落情況下無法進(jìn)行流量測驗(yàn)和資料整編中的流量推求，同時(shí)也解決了低水流量測驗(yàn)難的問題。

3.2.3 綜合水位流量關(guān)系線的適用條件、范圍及注意事項(xiàng)

在采用綜合水位流量關(guān)系法推求低水流量時(shí)，對擬定的綜合關(guān)系線必須進(jìn)行反復(fù)的分析和論證，在關(guān)系線各相關(guān)誤差檢驗(yàn)達(dá)到規(guī)范要求的前提下。

(1)必須經(jīng)上級主管部門批準(zhǔn)方可使用；(2)在陡漲陡落、歷時(shí)短無法進(jìn)行流量測驗(yàn)時(shí)使用；(3)本方案僅限在分析范圍內(nèi)和規(guī)范允許的測站使用；(4)必須注意：每年在水位穩(wěn)定或者較穩(wěn)定的情況下，必須在分析水位級內(nèi)測2～3次流量進(jìn)行驗(yàn)證，若發(fā)現(xiàn)線形變化時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析和對方案修正并報(bào)上級部門批復(fù)用。

3.2.4 流量關(guān)系系數(shù)法

這種方法一般應(yīng)用在漲落率較快、測驗(yàn)條件困難的高水流量測驗(yàn)。根據(jù)圖1、圖2所示，由于88.20～87.30m水位的條件類似于高水條件，所以采取流量關(guān)系系數(shù)的方法推求低水流量，可解決在漲落率較快、短歷時(shí)、流量測驗(yàn)條件困難等實(shí)際問題。故該方法適宜各類精度站的應(yīng)用（由于原始資料收集不足，這里僅作方法介紹）。其方法是：一是收集所需分析范圍內(nèi)的資料，即在水位穩(wěn)定（或者較穩(wěn)定）條件下所測的多線多點(diǎn)實(shí)測流量資料30測次以上，從單次實(shí)測流量資料中，抽取3～5根相應(yīng)的垂線流速（垂線流速基本接近斷面平均流速）資料。二是對單次流量測驗(yàn)進(jìn)行分析和篩選后，用抽取的垂線流速計(jì)算各單次斷面虛流量。三是用Q斷與Q虛分別計(jì)算K1值并點(diǎn)繪Q斷與Q虛關(guān)系圖，擬定系數(shù)K值（考慮K值精度直接影響斷面流量Q虛值，故建議取用3位有效數(shù)字）。四是用擬定的K值乘以Q虛反推Q斷分別計(jì)算其相對誤差（系統(tǒng)誤差應(yīng)小于±1%）。五是在各項(xiàng)條件和指標(biāo)均符合規(guī)范要求的前提下，編制擬定流量系數(shù)K方案報(bào)告，并報(bào)上級部門批復(fù)使用。

方案的應(yīng)用和適用范圍：當(dāng)該方案批復(fù)使用后，在分析水位范圍內(nèi)每次只需對3～5根垂線進(jìn)行流速測驗(yàn)，計(jì)算出斷面虛流量Q虛值乘以系數(shù)K值即得出斷面流量Q斷。它適用受電站等方面影響的各類水文測站的低水流量測驗(yàn)。

本方法的注意事項(xiàng)：一是在收集多線多點(diǎn)實(shí)測流量資料時(shí)，對抽取流速垂線時(shí)的樣本必須一致；二是必須對K值進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算；三是一年內(nèi)在水位穩(wěn)定（或者較穩(wěn)定）時(shí)，要進(jìn)行3～5次多線多點(diǎn)實(shí)測流量測驗(yàn)來驗(yàn)證K值，一但K值發(fā)生變化或者相對誤差超限，應(yīng)及時(shí)的分析原因和對系數(shù)進(jìn)行修正并上報(bào)批復(fù)方可使用。

結(jié)語

綜上所述，以上兩種低水流量測驗(yàn)方案，均能很好的解決在受電站影響下的低水流量測驗(yàn)難度，同時(shí)對資料也能起到彌補(bǔ)的作用，具有其實(shí)用性和可行性。

[1]荊愛婷,陳衛(wèi),楊曦.黃河調(diào)水調(diào)沙對花園口水文站測驗(yàn)河段的影響分析 [J]東北水利水電.2009.09.