水利工程對水文站水文測驗影響探討

杜定強

（廣東省水文局惠州水文測報中心 廣東 惠州 516000）

隨著國家經濟的迅猛發展，尤其是改革開放后，水文在國民經濟建設中的基礎地位和防汛抗旱工作中發揮的作用越來越重要，水文基礎設施建設與測站面貌發生了顯著變化，水文站的工作環境也得到較大改善。要及時的了解和掌握水資源開發的現狀，探索受水利工程影響的河道行洪規律、擬定相應的流量測驗方案。

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，水資源規劃和水質監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生在88.00～89.00m之間，其平均漲落率約為10cm/分。致使在常規測驗情況下其測驗難度極大，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難的問題？如何制定低水流量測驗方法方案？針對這些問題，現對在88.00～89.00m水位之間的低水流量測驗方法方案進行分析和探討。

3.低水流量測驗方法方案探討

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

3.1 低水流量測驗難度的因由

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

3.2 低水流量測驗方案

針對受天堂山電站影響下的低水流量測驗難度及實際情況，鑒于大多數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方法、方案的制作和應用。

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

圖1

3.2.2 綜合水位流量關系線的應用

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

3.2.3 綜合水位流量關系線的適用條件、范圍及注意事項

在采用綜合水位流量關系法推求低水流量時，對擬定的綜合關系線必須進行反復的分析和論證，在關系線各相關誤差檢驗達到規范要求的前提下。

(1)必須經上級主管部門批準方可使用；(2)在陡漲陡落、歷時短無法進行流量測驗時使用；(3)本方案僅限在分析范圍內和規范允許的測站使用；(4)必須注意：每年在水位穩定或者較穩定的情況下，必須在分析水位級內測2～3次流量進行驗證，若發現線形變化時應及時進行分析和對方案修正并報上級部門批復用。

3.2.4 流量關系系數法

這種方法一般應用在漲落率較快、測驗條件困難的高水流量測驗。根據圖1、圖2所示，由于88.20～87.30m水位的條件類似于高水條件，所以采取流量關系系數的方法推求低水流量，可解決在漲落率較快、短歷時、流量測驗條件困難等實際問題。故該方法適宜各類精度站的應用（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的資料，即在水位穩定（或者較穩定）條件下所測的多線多點實測流量資料30測次以上，從單次實測流量資料中，抽取3～5根相應的垂線流速（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進行分析和篩選后，用抽取的垂線流速計算各單次斷面虛流量。三是用Q斷與Q虛分別計算K1值并點繪Q斷與Q虛關系圖，擬定系數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位有效數字）。四是用擬定的K值乘以Q虛反推Q斷分別計算其相對誤差（系統誤差應小于±1%）。五是在各項條件和指標均符合規范要求的前提下，編制擬定流量系數K方案報告，并報上級部門批復使用。

方案的應用和適用范圍：當該方案批復使用后，在分析水位范圍內每次只需對3～5根垂線進行流速測驗，計算出斷面虛流量Q虛值乘以系數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。

本方法的注意事項：一是在收集多線多點實測流量資料時，對抽取流速垂線時的樣本必須一致；二是必須對K值進行反復驗算；三是一年內在水位穩定（或者較穩定）時，要進行3～5次多線多點實測流量測驗來驗證K值，一但K值發生變化或者相對誤差超限，應及時的分析原因和對系數進行修正并上報批復方可使用。

結語

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

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