橋測流量及定線方法在通榆河輸水測驗上的應(yīng)用

陳松明，嚴(yán) 莉，薛海峰

（江蘇省水文水資源勘測局鹽城分局，江蘇 鹽城 224051）

1 概述

通榆河于2002 年在鹽城市境內(nèi)全線貫通，為了研究干旱期通榆河的輸水能力和輸水效益，掌握洪水期南部高水北壓對排洪的影響情況，定量分析洪水期通榆河對“四大港”排洪的影響程度，本文選用2006 年～2010 年汛期期間利用水文巡測方法進行通榆河輸水測驗的工作成果進行分析。

對于橋測的測驗精度，國內(nèi)外早有試驗研究表明，橋上測流精度均能達(dá)到水文規(guī)范要求。以鹽城市為例，在22 個國家基本水文站中，把橋上測流作為第二套測洪方案備用的站點數(shù)量多達(dá)20 個，橋測對確保流量資料測得到、測得準(zhǔn)、測得及時發(fā)揮著重要作用。在八十年代末，在鹽城市水文巡測工作中就對船、橋測進行了對比試驗；近年來各水文站橋測與纜道測流對比試驗同樣表明，橋測方法在日常水文測驗工作中是適用的、可行的。因此，本文就橋測的方法在通榆河輸水測驗工作中進行深討。

2 橋上測流的技術(shù)方法

2.1 橋測的儀器設(shè)備

儀器設(shè)備主要包括：流速儀、鉛魚、鋼絲繩、秒表等。

流速儀選用旋杯式或旋槳式流速儀。采用懸索鉛魚法測定水深和流量。

2.2 橋測斷面位置的選擇

橋測斷面位置的選取對橋測流量成果的精度有較大影響。根據(jù)國內(nèi)外橋測試驗研究表明，由于橋墩的阻水作用，其周圍形成強烈的旋渦流場，產(chǎn)生非常復(fù)雜的三維水流，且具有很大的淘刷功能，致使橋墩周圍河床不穩(wěn)定，水流也不規(guī)則。相比較而言，橋上游較平穩(wěn)，而橋下游水流更為紊亂，流速儀不易穩(wěn)定，距離橋墩愈近，測驗精度愈差。因此，為了獲取精度較高的實測數(shù)據(jù)，本文進行橋測所布設(shè)的斷面均選擇在橋梁上游一側(cè)。

2.3 橋測阻水范圍的觀測

從客觀實際出發(fā)，河道橋梁建成后，因受橋墩影響，過水?dāng)嗝姹皇?，墩前的水位抬高，墩?cè)水流流速減小，河床受沖刷，水流狀態(tài)在一定范圍內(nèi)被改變。為了界定橋墩阻水的范圍，在測流過程中均安排專人進行目測，并作相應(yīng)記錄。

2.4 橋測的技術(shù)要求

（1）流量測次布設(shè)要遵循“高、中、低”水位和“大、中、小”流速的原則，即在水位過程的高水、中水、低水及漲水和落水過程。

（2）每次流量的施測時間應(yīng)根據(jù)水流特性，盡可能縮短測流歷時，控制測流時間。

（3）輸水測驗的關(guān)鍵要立足“準(zhǔn)同步”，即盡可能在2～3小時內(nèi)施測到東臺～濱海段約150 km長的各斷面流量，全面掌握通榆河沿線的輸水狀況。

2.5 橋測流量的精度對比分析

橋測流量成果的精度是否達(dá)到規(guī)范要求直接決定了能否采用橋測方法進行測流。因此，對橋測流量的精度進行對比分析至關(guān)重要。

本文以阜寧（射）水文站2015 年～2018 年比測成果為例，采用比測流量的方法進行驗證。該站橋測斷面布設(shè)于橋梁的上游，距離橋墩約1.9 m處，射陽河阜寧大橋共5 孔，在兩側(cè)4 個邊孔的中心各布設(shè)一條垂線，中間通航孔（孔徑為40 m）布設(shè)3 根垂線，采用0.2、0.8 兩點法施測，全斷面布設(shè)7 根垂線，采用常測法施測；比測纜道設(shè)在橋上游112 m處，全斷面布設(shè)8 根測速垂線，并與橋測斷面同步進行（橋與測流纜道基本平行），取得5次比測成果。見表1。

表1 阜寧（射）水文站橋測與纜道測流比測成果表

橋測與纜道測流相關(guān)分析表明：Q橋=1.0326 Q纜道，流量相關(guān)關(guān)系為0.9975，可見橋測流量成果具有較高的精度，是一種較為可靠的測流方法。

2.6 橋測流量的定線推流方法

經(jīng)過實踐證明，本文所采用的實測落差法進行定線推流在實際操作中獲得了比較理想的成果。該方法的基本公式是：

其推流的一般步驟是：

①點繪Z～Q 關(guān)系，并在關(guān)系點旁注明落差值；②在Z～Q線讀出線上流量Q'，計算；③點繪ΔZ～K曲線；④計算校正流量Qj；⑤反復(fù)校正各關(guān)系曲線，選擇比較理想的線型推流。

（1）實測落差法

由于溝河串通，水面比降較小，為了獲得一定的落差值，就必須加大落差水尺的間距，然而拉大落差水尺距離，又不可避免地有支流加入或分出。對此，我們只要將落差水尺設(shè)在本河的干流上，并且位置適當(dāng)，就能取得較好的效果。落差值可選用下列四種情況中的任何一種或多種：①本站水位與下游站水位之差；②上游站水位與本站水位之差；③上游站和本站的平均水位與下游站水位之差；④上游站水位與本站和下游站的平均水位之差。

（2）兩級落差校正法

如前所述，由于眾多東西向河道與通榆河交叉，上下游流量不同，有的既受上游供水影響，又受下游變動回水影響，故可采用上游站與本站落差、本站與下游站落差、或上游站與本站和下游站平均水位之落差、上游站與下游站落差，進行兩級落差校正的方法定線。該定線推流方法簡述如下：

①點繪Z～Q關(guān)系曲線；

②點繪ΔZ1～K1關(guān)系曲線；

③點繪ΔZ2～K2關(guān)系曲線；

④反復(fù)校正各關(guān)系曲線，選擇比較理想的線型推流。

3 應(yīng)用實例

通榆河中段位于鹽城市里下河地區(qū)中部，呈帶狀。該段通榆河設(shè)計河底寬50 m，河底高程-4.00 m，堤頂高程4.0 m，堤頂距為140 m左右，設(shè)計引水流量為100 m3/s，南端與泰東河相連，中間與 “四大港”等上百條河流平交，與蘇北灌溉總渠、淮河入海水道等河流立交。

受外部因素的制約，通榆河輸水測驗每旬開展一次測量，每個流量斷面汛期施測流量達(dá)15 次，如采用連實測流量過程法，測次偏少，推流精度不能滿足要求。此外，因測區(qū)沿線水網(wǎng)密布，流向不定，圩區(qū)成群，平時圩口敞開，低水位時溝河串通，大暴雨高水位期，封圩向外河抽排，情勢復(fù)雜，水位流量關(guān)系點據(jù)絕大部分較為散亂，往往出現(xiàn)同水位流量相差可達(dá)2～5 倍，且有正有負(fù)；同流量水位可差達(dá)1m左右等情況，高水位期更甚，無規(guī)律可言。顯然，采用單一的水位流量關(guān)系進行推流也不可行。

本文選取在2006 年～2010 年連續(xù)五個汛期的通榆河輸水測驗中所取得的實測成果作為研究對象進行分析。在骨干河道上以“四大港”為界，共設(shè)置東臺（通）、草堰（通）、大團（通南）等巡測流量站10 處。

為便于定線推流，除利用通榆河沿線（含附近）國家基本水位站8處：阜寧（射）、阜寧（通）、溝墩、上岡（黃）、鹽城、大新河口、大團、東臺（泰）外；另設(shè)置濱海樞紐（通）、伍佑港閘站等專用水位站8 處?，F(xiàn)選取2009 年5月～9 月大團（通北）站施測情況為例，介紹橋測流量及其定線推流方法。

該斷面位于亭湖區(qū)伍佑鎮(zhèn)伍龍大橋（通榆河里程樁號為64+607），大橋三跨，最大跨徑為70 m，測流斷面距橋墩為1.9 m處，布設(shè)7根測速垂線，5月～9月共施測15 次常測法，流量在21.4 m3/s～105 m3/s之間，測點最大流速在0.096 m/s～0.46 m/s之間。

定線時，本文選取伍佑港閘水位，點繪Z～Q關(guān)系圖，再以點繪ΔZ～K關(guān)系圖。其中ΔZ為大團與大新河口和鹽城站平均水位之差，即ΔZ=Z（大團）-Z1（大新河口+鹽城）/2，見圖1。

圖1 橋測與纜道流量線性關(guān)系圖

表6 240 m3/s泄洪邊界線

4.6 防洪調(diào)度圖

根據(jù)上述分析計算的點群，繪制臥虎山水庫防洪調(diào)度圖以指導(dǎo)汛期水庫調(diào)度運行，見圖2。

玉符河上游段0+000～15+600（臥虎山水庫～G104）子河槽過流能力為240 m3/s，遠(yuǎn)小于本次使用的下游河道安全泄量800 m3/s。因此，臥虎山水庫一旦開閘泄洪，必須提前向長清、槐蔭、市中三區(qū)及南山區(qū)管委會發(fā)預(yù)警，讓下游做好撤離準(zhǔn)備，當(dāng)泄流量超過240 m3/s時必須根據(jù)批復(fù)的水庫防御洪水方案及時進行轉(zhuǎn)移。

5 結(jié)語

大型水庫在防洪興利等方面發(fā)揮了巨大的作用，但在編制水庫調(diào)度運用計劃時，防洪和興利產(chǎn)生矛盾不能同時滿足時，水庫防洪調(diào)度圖該如何編制成了關(guān)鍵性技術(shù)難題。本次以臥虎山為工程實例，提出以水庫設(shè)計報告成果為調(diào)度依據(jù)，結(jié)合下游河道實際，在調(diào)度圖中繪制下游河道過流能力邊界線，保障興利功能的同時，將防洪風(fēng)險邊界線明確，水庫一旦開閘泄洪，立即向下游發(fā)出預(yù)警，泄洪超過河道過流能力，下游必須立即按照批復(fù)的防御洪水方案及時進行轉(zhuǎn)移。