下磯角樞紐工程建設(shè)對嶺下水文站的影響分析

◎ 李春 珠江水利科學(xué)研究院

隨著水資源的開發(fā)利用和水利工程的建設(shè)，河流的水沙情勢受到較大影響。部分水利工程的建設(shè)會導(dǎo)致水文站的遷址，比如江蘇省的魏村樞紐改建曾致魏村水文站遷址，而水文站遷址可能會造成水文資料無法確保完整性以及連續(xù)性。下磯角工程是東江規(guī)劃的梯級電站，其位置距離嶺下水文站較近，本文以下磯角工程對嶺下水文站的影響分析為例，說明水利樞紐工程建設(shè)對水文監(jiān)測工作的影響。

1.工程背景及水文站概況

1.1 工程背景

東江航道是廣東省“一橫一網(wǎng)三通道”航道新格局的重要組成部分，是龍川、河源、惠州等地通往珠江三角洲地區(qū)的水上通道，隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，沿江兩岸礦冶、建材等工業(yè)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的進一步擴大，必將促進水運量的增加。結(jié)合東江水利水電梯級開發(fā)，發(fā)揮水資源的綜合效益，廣東省擬將河源至石龍航道按Ⅲ級航道標準進行升級建設(shè)。

東江河源至石龍航道擴能升級工程除對現(xiàn)有四座樞紐（木京、風光、瀝口和劍潭）船閘進行改造升級外，為保證航道銜接，并結(jié)合水資源配置需求，根據(jù)以往規(guī)劃，還擬新建下磯角樞紐。

1.2 下磯角樞紐

下磯角樞紐位于惠州市橫瀝鎮(zhèn)墨園村附近，為規(guī)劃的東江干流上的第13個梯級，下游與劍潭、上游與正在興建的瀝口梯級銜接。下磯角樞紐正常蓄水位為17.74m，水庫相應(yīng)庫容為0.795億m3，電站裝機28MW，設(shè)計通航船舶噸位1000t。樞紐泄水閘設(shè)2 0 孔，每閘孔凈寬14m，設(shè)計洪水重現(xiàn)期采用50年一遇，校核洪水重現(xiàn)期300年一遇。

1.3 嶺下水文站

嶺下水文站設(shè)于1953年8月，位于惠州市惠城區(qū)橫瀝鎮(zhèn)嶺下村。該站為國家水文站，是東江中下游匯秋香江、公莊水后的控制站，監(jiān)測東江中下游水文要素，收集基本水文信息，開展水文情報預(yù)報。同時為國家長期積累基礎(chǔ)信息、分析水文特性規(guī)律、流域區(qū)域防洪調(diào)度、水文情報預(yù)報、水資源管理、生態(tài)保護、航運等提供重要支撐。

嶺下水文站位于下磯角樞紐工程上游約6km處，位于東江左岸。

2.數(shù)學(xué)模型

為分析下磯角工程對河道水位和流態(tài)的影響，采用河道二維模型進行模擬計算，并對工程前后河道水位和流速等的變化進行了分析。

二維水流數(shù)學(xué)模型基本方程采用納維-斯托克斯方程。數(shù)值求解方法為有限體積法，基本原理為將計算域分成若干三角單元。

本次模型包括工程上游觀音閣鎮(zhèn)伍塘村至下游橫瀝鎮(zhèn)附近，總長約50k m的河道范圍。本次模型計算根據(jù)不同流量分級下磯角壩下～嶺下水文站糙率采用0.027～0.030、嶺下水文站～瀝口梯級糙率采用0.027～0.036。

選取2017年兩次實測成果，分別計算Q=335m3/s和Q=1036m3/s兩種工況進行驗證，驗證情況見圖1和圖2。

選取P=0.3 3%（校核標準，12600m3/s）、2%（設(shè)計標準，10800m3/s）、枯水期(單機滿發(fā)流量，205.92m3/s)共3 組水文頻率進行計算分析。上游邊界為流量，采用各設(shè)計流量值。下游邊界為水位，采用各設(shè)計頻率情況下下邊界對應(yīng)的水位（22.77m、21.96m、10.94m）。

3.工程建設(shè)對嶺下水文站的影響分析成果

3.1 對洪水流量的影響分析

下磯角樞紐是徑流式電站，樞紐運行調(diào)度規(guī)則為在滿足下游河道取水、壓咸與生態(tài)環(huán)境用水需求的前提下，按來多少水放多少水進行調(diào)度，維持庫區(qū)正常蓄水位17.74m，保障船舶通航水位要求，兼顧發(fā)電。當博羅流量小于供水臨界流量時，動用下磯角樞紐的庫容用于供水，當庫區(qū)水位到達死水位時，停止供水。下磯角樞紐工程建設(shè)對嶺下水文站的總流量沒有影響。

3.2 對水位的影響分析

根據(jù)計算成果，工程建成后，枯水期水文站附近水位大幅上升，平均漲幅5.67m；洪水期嶺下水文站附近水位小幅上漲，2%洪水時上漲約0.16m，0.33%洪水時上漲約0.18m。

3.3 對洪水流態(tài)的影響分析

①洪水期。流速整體呈減小趨勢，2%、0.33%洪水時流速最大減小值分別為0.17m/s、0.27m/s，位于近河道右岸處。2%洪水時最大流向偏轉(zhuǎn)角為0.5°，平均偏轉(zhuǎn)角0.3°；0.33%洪水時流向最大偏轉(zhuǎn)角1.9°，平均偏轉(zhuǎn)角0.6°；洪水期監(jiān)測點的流向變化很小。

②枯水期。在枯水條件下，河道水位大幅上漲，嶺下水文站測流范圍內(nèi)東江水流流速大幅減小。監(jiān)測點工程前平均流速0.32m/s，工程后平均減小0.24m/s，平均減幅為76%；最大減小值0.38m/s，最大減幅達90%。

枯水期最大流向偏轉(zhuǎn)角12.9°，平均偏轉(zhuǎn)角4.6°；枯水期監(jiān)測點的流向變化明顯比洪水期大。

3.4 對嶺下水文站監(jiān)測設(shè)施的影響

3.4.1 對監(jiān)測斷面、水尺的影響

嶺下站共設(shè)置直立式水尺三套，編號P1、P2和P3，分別位于水位臺及河道內(nèi)。工程完工后，正常蓄水水位為17.74m，現(xiàn)有水尺將被淹沒，P2、P3水尺無法使用，對監(jiān)測斷面影響很大。

3.4.2 對水位觀測設(shè)施的影響

嶺下站水位測量選用的是WFZ-2 A型浮子式水位計。洪水條件下，在嶺下站測流范圍內(nèi)流速最大減小0.27m/s，流向最大變化1.9°；枯水條件下，嶺下站測流范圍內(nèi)流速最大減小0.38m/s，流向最大變化12.9°。嶺下站位于工程流速影響范圍內(nèi)，水位計附近的水域可能受下游河床的沖淤調(diào)整而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，影響水壓的變化從而影響水位的觀測精度。

3.4.3 對流速觀測設(shè)施的影響

嶺下站常規(guī)采用旋槳流速儀，枯水期偶有采用聲學(xué)多普勒流速儀（M9）全斷面船載走航測量。工程建成后，河道流速呈減小趨勢。M9測流范圍內(nèi)流速的改變會導(dǎo)致與斷面平均流速推求關(guān)系的改變，進而影響嶺下站流量成果。由于M9安裝在測流船上，工程對流速觀測設(shè)施影響小；但其產(chǎn)生的水體擾動和河床穩(wěn)定性變化，會影響測量的準確性，使測得的代表線流速與斷面平均流速的關(guān)系改變。

4.結(jié)語

下磯角樞紐工程對嶺下水文站的正常觀測尤其是枯水期的觀測影響很大，會造成現(xiàn)有水尺及碼頭無法使用，監(jiān)測斷面的水位流量關(guān)系變化較大，水文站需要重建或遷站。

建議嶺下水文站對工程建設(shè)前后的對比監(jiān)測來校核嶺下站的水位、流量、流速和水質(zhì)數(shù)據(jù)，建立工程前、后水文資料的關(guān)系，保障本站未來水文資料系列與歷年資料系列保持一致，繼續(xù)為探索該區(qū)域水文基本規(guī)律，滿足該地區(qū)的水文分析計算、水文預(yù)報、水資源評價及環(huán)境監(jiān)測等多方面服務(wù)。