延壽水文站受螞蟻河公路橋重建工程影響分析

王宏博

( 佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯154000)

1 工程與延壽水文站概況

1.1 工程概況

螞蟻河延壽公路橋位于延壽縣延壽鎮(zhèn)東南部城鄉(xiāng)結(jié)合部，是延壽鎮(zhèn)通往該縣東南部安山、壽山、加信、中和等鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及通往鄰縣方正縣西南部永建、尚志市東南部亮河、亞布力等地區(qū)的跨越螞蟻河公路橋，對(duì)該縣東南部經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地域連通起到十分重要的作用。重建公路橋工程系拆除原有公路橋在原址重建。原有公路橋始建于1970年，橋長(zhǎng)210 m、寬7 m、5 墩6 孔拱形公路橋。新建公路橋全長(zhǎng)277.76 m，橋面寬21 m，其中行車道17 m，兩邊各有2 m人行道，全橋共9 垮，每跨30 m，橋墩為樁柱式，采用1.3 m鋼筋混凝土四柱式，墩身1.5m 鋼筋混凝土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100 a一遇洪水，施工期為2011年8月—2012年6月30日。

1.2 延壽水文站

延壽水文站是松花江一級(jí)支流螞蟻河干流控制站、國(guó)家基本水文測(cè)站、中央報(bào)汛站。始建于1950年10月，位于延壽縣延壽鎮(zhèn)南關(guān)村，E128°21'、N 45°04'，距河口92 km，測(cè)站集水面積5 627 km2。

延壽水文站基本水尺斷面( 基本測(cè)驗(yàn)斷面) 在螞蟻河延壽公路橋下游200 m處。水文測(cè)驗(yàn)河段河道控制范圍為基本水尺斷面上下游各600 m，依法劃定的水文測(cè)驗(yàn)保護(hù)區(qū)范圍為: 縱向基本水尺斷面上下游各1 000 m，橫向左右岸歷史最高洪水位邊界。

延壽水文站水文測(cè)驗(yàn)河段上下游布設(shè)有基本水尺斷面兼流量( 泥沙) 測(cè)驗(yàn)斷面，上下游浮標(biāo)法測(cè)流斷面，上下游比降觀測(cè)斷面和比降面積法測(cè)流斷面。

延壽水文站水文測(cè)驗(yàn)河段和測(cè)驗(yàn)斷面比較穩(wěn)定，已形成較穩(wěn)定歷年水位流量相關(guān)關(guān)系和水位泥沙相關(guān)關(guān)系，建站以來(lái)最大洪水發(fā)生在1960年8月8日，最高水位99.55 m，最大流量2 780 m3/s。

延壽水文站是螞蟻河干流重要水情站、洪水預(yù)測(cè)代表站。建站以來(lái)為松花江和螞蟻河防汛減災(zāi)、水資源保護(hù)管理、開(kāi)發(fā)利用以及延壽縣區(qū)域國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了不可替代的作用。

2 工程影響

重建公路橋工程位于延壽水文站基本測(cè)驗(yàn)斷面上游200 m處。拆除原有的長(zhǎng)210 m，寬7 m的拱形橋，在原址重建長(zhǎng)277.76 m，寬21m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的新橋。工程施工期及施工結(jié)束一定時(shí)間內(nèi)( 河道沖淤演變至穩(wěn)定期) ，將影響延壽水文站水文監(jiān)測(cè)。

2.1 工程建設(shè)影響

重建工程將原有橋梁過(guò)水?dāng)嗝嫱貙?7.76 m，拓寬的水面寬占原有橋梁過(guò)水?dāng)嗝嫠鎸?10 m 的32.3%。工程建成后將加大水文測(cè)驗(yàn)河段原河道過(guò)流能力，改變?cè)拥浪μ卣鳌８淖冊(cè)谠瓨蛄嚎刂葡碌亩嗄陙?lái)已形成的水文測(cè)驗(yàn)河段穩(wěn)定的水文要素相關(guān)關(guān)系。根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》［1］第2.1.1“測(cè)驗(yàn)河段應(yīng)選在河槽的底坡、斷面形狀、糙率等因素比較穩(wěn)定和易受河槽沿程阻力作用形成河槽控制的河段”的規(guī)定，判別工程影響延壽水文站水文測(cè)驗(yàn)、水文情報(bào)預(yù)報(bào)、水文資料系列連續(xù)性、一致性和代表性。

2.1.1 影響水文測(cè)驗(yàn)

根據(jù)《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》［2］第5.1.3 條“水位觀測(cè)的段次應(yīng)根據(jù)河流特性及水位漲落變化情況合理分布，以測(cè)到完整的水位變化過(guò)程，滿足日平均水位計(jì)算、各項(xiàng)特征值統(tǒng)計(jì)、水文資料整編和水情拍報(bào)的要求為原則。在峰頂、峰谷及水位變化過(guò)程轉(zhuǎn)折處應(yīng)布有測(cè)次;水位漲落急劇時(shí)，應(yīng)加密測(cè)次。”的規(guī)定，判定工程影響水位測(cè)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)采取加密測(cè)次措施;

根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第1.0.8 條“水文站一年中的測(cè)流次數(shù)，必須根據(jù)高、中、低各級(jí)水位的水流特性、測(cè)站控制情況和測(cè)驗(yàn)精度要求，掌握各個(gè)時(shí)期的水情變化，合理地分布于各級(jí)水位和水情變化過(guò)程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處。”的規(guī)定，判定工程影響流量測(cè)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)調(diào)整測(cè)驗(yàn)方案、加密測(cè)驗(yàn)措施;

根據(jù)第3.1.2 條“測(cè)流斷面河床穩(wěn)定的測(cè)站，水位與面積關(guān)系點(diǎn)偏離關(guān)系曲線應(yīng)控制在3%，并可在每年汛前、或汛后施測(cè)大斷面，并在當(dāng)次洪水后及時(shí)施測(cè)過(guò)水?dāng)嗝娌糠帧！钡囊?guī)定，判別工程影響水文測(cè)驗(yàn)河段水道斷面測(cè)量，應(yīng)當(dāng)采取加密測(cè)次措施;

根據(jù)《河流懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第3.2.1 條“( 一) 一類站歷年單斷沙關(guān)系線與歷年綜合關(guān)系線比較，其變化在3%以內(nèi)時(shí)，年測(cè)次≥15 次，二、三類站作同樣比較，其變化在5% 以內(nèi)時(shí)，年測(cè)次≥10次，歷年變化在2%以內(nèi)時(shí)，年測(cè)次≥6 次，并應(yīng)均勻分布在含沙量變幅范圍內(nèi); ( 二) 單斷沙關(guān)系線隨水位級(jí)或時(shí)段不同而分為兩條以上關(guān)系曲線時(shí)，每年懸移質(zhì)輸沙率測(cè)次，一類站≥25 次，二、三類站≥15次，在關(guān)系曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折變化處、應(yīng)分布測(cè)次?！钡囊?guī)定及第4.1.1 條“單樣含沙量測(cè)驗(yàn)方法應(yīng)能使一類單斷沙關(guān)系線的比例系數(shù)在0.95 ～1.05，二、三類站在0.93 ～1.07?！钡囊?guī)定，判別工程影響懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)采取測(cè)驗(yàn)方案調(diào)整措施。

2.1.2 影響水文情報(bào)預(yù)報(bào)

工程改變水文測(cè)驗(yàn)河段河道過(guò)流能力及水位流量等水文要素相關(guān)關(guān)系。根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》［3］第1.3.3.3 條“水文預(yù)報(bào)方案在每年汛末或使用一個(gè)階段以后，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)下列情形之一時(shí)，應(yīng)對(duì)方案進(jìn)行修訂、補(bǔ)充或更新: ①實(shí)測(cè)水文資料已超出原水文預(yù)報(bào)方案數(shù)值范圍; ②積累的新資料表明水文規(guī)律已發(fā)生變化; ③由于自然演變或人類活動(dòng)影響，使流域、河段或斷面水文情勢(shì)發(fā)生改變?！钡囊?guī)定，判別工程影響延壽水文站水文情報(bào)預(yù)報(bào)，應(yīng)當(dāng)按照《規(guī)范》要求進(jìn)行水文預(yù)報(bào)方案修訂、更新。

2.1.3 影響水文資料系列連續(xù)性和一致性

工程改變水文測(cè)驗(yàn)河段河道水力特征，改變水位流量相關(guān)關(guān)系及單、斷沙關(guān)系等水文要素相關(guān)關(guān)系，使工程前后的水文資料系列的連續(xù)性、一致性受到影響。

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》［4］第5.3.4 條“審查流量資料應(yīng)符合下列規(guī)定: ①審查大斷面施測(cè)、變化情況，斷面借用應(yīng)合理;②抽查水位流量關(guān)系圖中對(duì)曲線影響較大的測(cè)點(diǎn)或諸因素的情況; ③定線推流方法應(yīng)符合測(cè)站特性，本年所定曲線一般應(yīng)與歷年曲線趨勢(shì)基本一致;④檢查各種檢驗(yàn)，其結(jié)果應(yīng)滿足要求?！钡囊?guī)定。

第5.3.5 條“審查懸移質(zhì)輸沙率資料符合下列規(guī)定:①審查實(shí)測(cè)懸移質(zhì)輸沙率成果表，檢查單沙、斷沙測(cè)驗(yàn)方法、取樣儀器、取樣位置等; ②審查單沙過(guò)程線，單沙測(cè)驗(yàn)應(yīng)控制沙量表過(guò)程; ③審查推沙方法與單斷沙關(guān)系。”的規(guī)定。

第5.4.2 條“水位資料的綜合合理性檢查應(yīng)包括以下方面:①上下游水位過(guò)程線對(duì)照; ②特征水位沿河長(zhǎng)演變圖檢查; ③上下游水位相關(guān)圖檢查?！钡囊?guī)定。

第5.4.4 條“流量資料的綜合合理性檢查應(yīng)符合下列規(guī)定: ①上下游洪峰流量過(guò)程線及洪水總量對(duì)照:②上下游逐日平均流量過(guò)程線對(duì)照: ③月年平均流量對(duì)照表檢查;④流量隨集水面積演變圖檢查;⑤水庫(kù)水量平衡檢查;⑥月年最大、最小流量對(duì)照表檢查;⑦繪制年徑流深等值線圖，其分布與自然地理情況應(yīng)相符合?！钡囊?guī)定。

第5.4.5 條“懸移質(zhì)輸沙率和含沙量資料的綜合合理性檢查應(yīng)符合下列規(guī)定①上下游含沙量、輸沙率過(guò)程線對(duì)照; ②上下游月年平均輸沙率對(duì)照?！钡囊?guī)定。

根據(jù)以上規(guī)定判別工程建設(shè)影響水文資料系列一致性，需要按《規(guī)范》要求并進(jìn)行水文資料系列一致性分析論證。

2.2 工程施工影響

工程施工在延壽水文站下游400 m處修筑過(guò)河便道，同時(shí)拆除上游原有200 m處原有橋梁，筑圍堰進(jìn)行施工。工程施工修筑便道，使水文斷面水位壅高、流速減緩，改變水文測(cè)驗(yàn)河段河道河流情勢(shì)及斷面控制;公路橋筑樁施工影響河道流態(tài)的同時(shí)改變河道水流挾沙能力。根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第2.1.1 條、第2.2.9 條規(guī)定，判別工程施工影響延壽水文站測(cè)驗(yàn)河段及測(cè)驗(yàn)斷面的代表性。應(yīng)當(dāng)按照規(guī)范要求采取加密水位觀測(cè)、流量測(cè)驗(yàn)測(cè)次。同時(shí)將泥沙測(cè)驗(yàn)斷面臨時(shí)遷往工程所在河段的上游，進(jìn)行河流泥沙測(cè)驗(yàn)。

2.3 工程施工結(jié)束測(cè)驗(yàn)河段沖淤演變期影響

工程施工筑圍堰、打柱樁，修臨時(shí)便道等施工作業(yè)，破壞的河床以及工程施工遺留的廢棄物，嚴(yán)重影響水文測(cè)驗(yàn)河段河道穩(wěn)定，需要經(jīng)多次洪水沖刷演變才能趨于穩(wěn)定，此期間影響水位、流量、泥沙測(cè)驗(yàn)和水文測(cè)驗(yàn)河段大斷面測(cè)量。

3 相應(yīng)措施方案

根據(jù)測(cè)站現(xiàn)狀和工程影響，采取的相應(yīng)措施為公路橋重建工程的建設(shè)影響相應(yīng)措施、工程施工影響相應(yīng)措施、工程施工結(jié)束測(cè)驗(yàn)河段沖淤演變期影響相應(yīng)措施。

3.1 工程施工影響相應(yīng)措施

1) 按照《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》第5.1.3 條“水位觀測(cè)的段次應(yīng)根據(jù)河流特性及水位漲落變化情況合理分布，以測(cè)到完整的水位變化過(guò)程，滿足日平均水位計(jì)算、各項(xiàng)特征值統(tǒng)計(jì)、水文資料整編和水情拍報(bào)的要求為原則。在峰頂、峰谷及水位變化過(guò)程轉(zhuǎn)折處應(yīng)布有測(cè)次;水位漲落急劇時(shí)，應(yīng)加密測(cè)次。”的規(guī)定，加密受施工影響水位觀測(cè)段次。

2) 按照《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第1.0.8 條“水文站一年中的測(cè)流次數(shù)，必須根據(jù)高、中、低各級(jí)水位的水流特性、測(cè)站控制情況和測(cè)驗(yàn)精度要求，掌握各個(gè)時(shí)期的水情變化，合理地分布于各級(jí)水位和水情變化過(guò)程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處。水位流量關(guān)系不穩(wěn)定的測(cè)站測(cè)次，應(yīng)滿足推算日平均流量和各項(xiàng)特征值的要求”的規(guī)定，加密受工程影響施工期流量測(cè)驗(yàn)測(cè)次。

3) 在工程上游河段選擇輔助斷面遷移進(jìn)行懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)。輔助斷面設(shè)立，按新設(shè)站要求進(jìn)行斷面設(shè)立作業(yè)。

項(xiàng)目初期利用BIM技術(shù)，結(jié)合工程周邊的環(huán)境建立三維現(xiàn)場(chǎng)平面，直觀地顯示各臨時(shí)建筑之間的關(guān)系，并模擬各階段現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)各種材料堆場(chǎng)的布置、材料進(jìn)出場(chǎng)線路以及場(chǎng)區(qū)內(nèi)材料周轉(zhuǎn)和人員流動(dòng)的路線，進(jìn)行方案比選，使現(xiàn)場(chǎng)平面布置更加合理。對(duì)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，既降低了材料成本，又保障了項(xiàng)目效益，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各型設(shè)備和各部位施工用水進(jìn)行仿真分析，對(duì)其正常使用及損耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確保用水的合理控制。運(yùn)用BIM技術(shù)合理布置場(chǎng)地，協(xié)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)給排水和施工用水情況，避免水資源的浪費(fèi)。

3.2 工程施工結(jié)束，河床沖淤演變影響相應(yīng)措施

1) 按照《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第1.0.8 條規(guī)定，加密流量測(cè)驗(yàn)測(cè)次。

2) 按照《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第3.1.2 條規(guī)定，加密水文測(cè)驗(yàn)河段水道斷面測(cè)量。

3) 進(jìn)行基本測(cè)驗(yàn)斷面與輔助斷面的懸移質(zhì)泥沙對(duì)比測(cè)驗(yàn)，分析論證輔助斷面的代表性和水文測(cè)驗(yàn)河段水流挾沙能力及工程影響。

3.3 工程建設(shè)影響相應(yīng)措施

1) 按照《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第4.2.1 條“測(cè)速垂線的布設(shè)以均勻分布，并能控制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，無(wú)大補(bǔ)大割?！钡囊?guī)定，在高、中、低水位級(jí)分別校檢、調(diào)整流量測(cè)驗(yàn)斷面的測(cè)速、測(cè)深垂線。

2) 按照《河流懸移質(zhì)泥測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第3.5.1 條“采用單斷沙或單斷顆關(guān)系進(jìn)行資料整編的站，在進(jìn)行輸沙率測(cè)驗(yàn)的同時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)單樣。”的規(guī)定、第3.5.2 條“兼作顆粒分析的輸沙率測(cè)次，應(yīng)同時(shí)觀測(cè)水溫。當(dāng)單位含沙量取樣方法與單顆取樣方法相同時(shí)，可用相應(yīng)單樣做顆粒分析; 不同時(shí)，應(yīng)另取水樣作顆粒分析?！钡囊?guī)定，第3.5.3 條“相應(yīng)單樣的取樣次數(shù)，在水情平穩(wěn)時(shí)取一次; 有緩慢變化時(shí)，應(yīng)在輸沙率測(cè)驗(yàn)的開(kāi)始、終了各取一次; 水沙變化劇烈時(shí)，應(yīng)增加取樣次數(shù)，并控制轉(zhuǎn)折變化?！钡囊?guī)定，第4.1.1 條“單樣含沙量測(cè)驗(yàn)方法應(yīng)能使一類站單斷沙關(guān)系線的比例系數(shù)在0.95 ～1.05，二、三類站在0.93～1.07?！钡囊?guī)定，在高、中、低不同水位級(jí)分別校核、調(diào)整單樣曲線。

3) 根據(jù)《水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范》( 一) 第1.3.3.3條規(guī)定，進(jìn)行工程影響洪水水文預(yù)報(bào)方案修訂: ①在工程上游50 m、100 m、200 m、300 m、400 m、500 m、600 m處河段和下游100 m、200 m、300 m、400 m、500 m處河段共布設(shè)12 處斷面，進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)河段過(guò)流能力推算。②根據(jù)推算得的水文測(cè)驗(yàn)河段河道不同水位級(jí)過(guò)流能力，修訂洪水水文預(yù)報(bào)方案。③按照《水文資料整編規(guī)范》第5.3.4 條、第5.3.5 條、第5.4.2 條、第5.4.4 條、第5.4.5 條規(guī)定，進(jìn)行水文資料系列一致性、代表性分析論證。④按照《《水文普通測(cè)量規(guī)范》［5］第3.1.1 條“水文測(cè)站的地形測(cè)量應(yīng)在建站初期進(jìn)行。以后地形有顯著變化時(shí)應(yīng)重新測(cè)量或局部重測(cè)。”的規(guī)定，在工程前后時(shí)期分別進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)河段地形測(cè)量。

4 措施實(shí)施

工程影響相應(yīng)措施包括工程措施和非工程措施實(shí)施。

4.1 工程措施

包括:工程措施包括: 輔助斷面的簡(jiǎn)易渡河設(shè)施1 處，起點(diǎn)距定位設(shè)施1 處，水尺3 支、水準(zhǔn)點(diǎn)1 處。

4.2 非工程措施

非工程措施包括:

4.2.1 工程施工期

工程施工期加密基本測(cè)驗(yàn)斷面水位流量測(cè)驗(yàn)，水文測(cè)驗(yàn)河段水道斷面測(cè)驗(yàn): 在工程上游河段設(shè)立輔助斷面進(jìn)行工程影響懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)。

4.2.2 工程施工結(jié)束測(cè)驗(yàn)河段沖淤演變期

加密基本測(cè)驗(yàn)斷面水位流量測(cè)驗(yàn)，水文測(cè)驗(yàn)河段水道斷面測(cè)驗(yàn)，流量年加密10 次/2a計(jì)，水道斷面年加密2 次/2a計(jì);基本測(cè)驗(yàn)斷面與輔助斷面進(jìn)行懸移質(zhì)泥沙對(duì)比測(cè)驗(yàn)，校核分析輔助斷面代表性及測(cè)驗(yàn)斷面工程影響，按高、中、低水位級(jí)共比測(cè)6 次。

4.2.3 工程建設(shè)影響相應(yīng)措施

基本測(cè)驗(yàn)斷面流速垂線、測(cè)點(diǎn)代表性、單斷沙關(guān)系代表性分析，在高、中、低水位各施測(cè)3 次: 進(jìn)行工程影響水文測(cè)驗(yàn)河段過(guò)流能力分析、修訂洪水水文預(yù)報(bào)方案;進(jìn)行工程前后水文測(cè)驗(yàn)河段地形測(cè)量: 進(jìn)行工程影響水文資料系列一致性代表性分析。

［1］水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局．GB50179—93 河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范［S］. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社，1994．

［2］水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局． GB/T50138—2010 水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)［S］. 北京: 人民出版社，2010．

［3］水利部水利信息中心． SL250—2000 水文情報(bào)預(yù)報(bào)規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，2000．

［4］水利部水文局． SL247—1999 水文資料整編規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)水利水電出版社，1999．

［5］中華人民共和國(guó)水利部水文司. SL58—93 水文普通測(cè)量規(guī)范［S］. 北京: 中國(guó)水利水電出版社，1993．