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東南部城鄉結合部，是延壽鎮通往該縣東南部安山、壽山、加信、中和等鄉鎮以及通往鄰縣方正縣西南部永建、尚志市東南部亮河、亞布力等地區的跨越螞蟻河公路橋，對該縣東南部經濟發展，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210 m、寬7 m、5 墩6 孔拱形公路橋。新建公路橋全長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。設計標準為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支流螞蟻河干流控制站、國家基本水文測站、中央報汛站。始建于1950年10月，位于延壽縣延壽鎮南關村，E128°21'、N 45°04'，距河口92 km，測站集水面積5 627 km2。

延壽水文站基本水尺斷面( 基本測驗斷面) 在螞蟻河延壽公路橋下游200 m處。水文測驗河段河道控制范圍為基本水尺斷面上下游各600 m，依法劃定的水文測驗保護區范圍為: 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。

延壽水文站水文測驗河段上下游布設有基本水尺斷面兼流量( 泥沙) 測驗斷面，上下游浮標法測流斷面，上下游比降觀測斷面和比降面積法測流斷面。

延壽水文站水文測驗河段和測驗斷面比較穩定，已形成較穩定歷年水位流量相關關系和水位泥沙相關關系，建站以來最大洪水發生在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、洪水預測代表站。建站以來為松花江和螞蟻河防汛減災、水資源保護管理、開發利用以及延壽縣區域國民經濟發展發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驗斷面上游200 m處。拆除原有的長210 m，寬7 m的拱形橋，在原址重建長277.76 m，寬21m的鋼筋混凝土結構的新橋。工程施工期及施工結束一定時間內( 河道沖淤演變至穩定期) ，將影響延壽水文站水文監測。

2.1 工程建設影響

重建工程將原有橋梁過水斷面拓寬67.76 m，拓寬的水面寬占原有橋梁過水斷面水面寬210 m 的32.3%。工程建成后將加大水文測驗河段原河道過流能力，改變原河道水力特征。改變在原橋梁控制下的多年來已形成的水文測驗河段穩定的水文要素相關關系。根據《河流流量測驗規范》［1］第2.1.1“測驗河段應選在河槽的底坡、斷面形狀、糙率等因素比較穩定和易受河槽沿程阻力作用形成河槽控制的河段”的規定，判別工程影響延壽水文站水文測驗、水文情報預報、水文資料系列連續性、一致性和代表性。

2.1.1 影響水文測驗

根據《水位觀測標準》［2］第5.1.3 條“水位觀測的段次應根據河流特性及水位漲落變化情況合理分布，以測到完整的水位變化過程，滿足日平均水位計算、各項特征值統計、水文資料整編和水情拍報的要求為原則。在峰頂、峰谷及水位變化過程轉折處應布有測次;水位漲落急劇時，應加密測次。”的規定，判定工程影響水位測驗，應當采取加密測次措施;

根據《河流流量測驗規范》第1.0.8 條“水文站一年中的測流次數，必須根據高、中、低各級水位的水流特性、測站控制情況和測驗精度要求，掌握各個時期的水情變化，合理地分布于各級水位和水情變化過程的轉折點處。”的規定，判定工程影響流量測驗，應當調整測驗方案、加密測驗措施;

根據第3.1.2 條“測流斷面河床穩定的測站，水位與面積關系點偏離關系曲線應控制在3%，并可在每年汛前、或汛后施測大斷面，并在當次洪水后及時施測過水斷面部分。”的規定，判別工程影響水文測驗河段水道斷面測量，應當采取加密測次措施;

根據《河流懸移質泥沙測驗規范》第3.2.1 條“( 一) 一類站歷年單斷沙關系線與歷年綜合關系線比較，其變化在3%以內時，年測次≥15 次，二、三類站作同樣比較，其變化在5% 以內時，年測次≥10次，歷年變化在2%以內時，年測次≥6 次，并應均勻分布在含沙量變幅范圍內; ( 二) 單斷沙關系線隨水位級或時段不同而分為兩條以上關系曲線時，每年懸移質輸沙率測次，一類站≥25 次，二、三類站≥15次，在關系曲線發生轉折變化處、應分布測次。”的規定及第4.1.1 條“單樣含沙量測驗方法應能使一類單斷沙關系線的比例系數在0.95 ～1.05，二、三類站在0.93 ～1.07。”的規定，判別工程影響懸移質泥沙測驗，應當采取測驗方案調整措施。

2.1.2 影響水文情報預報

工程改變水文測驗河段河道過流能力及水位流量等水文要素相關關系。根據《水文情報預報規范》［3］第1.3.3.3 條“水文預報方案在每年汛末或使用一個階段以后，應對其進行評價。當發現下列情形之一時，應對方案進行修訂、補充或更新: ①實測水文資料已超出原水文預報方案數值范圍; ②積累的新資料表明水文規律已發生變化; ③由于自然演變或人類活動影響，使流域、河段或斷面水文情勢發生改變。”的規定，判別工程影響延壽水文站水文情報預報，應當按照《規范》要求進行水文預報方案修訂、更新。

2.1.3 影響水文資料系列連續性和一致性

工程改變水文測驗河段河道水力特征，改變水位流量相關關系及單、斷沙關系等水文要素相關關系，使工程前后的水文資料系列的連續性、一致性受到影響。

根據《水文資料整編規范》［4］第5.3.4 條“審查流量資料應符合下列規定: ①審查大斷面施測、變化情況，斷面借用應合理;②抽查水位流量關系圖中對曲線影響較大的測點或諸因素的情況; ③定線推流方法應符合測站特性，本年所定曲線一般應與歷年曲線趨勢基本一致;④檢查各種檢驗，其結果應滿足要求。”的規定。

第5.3.5 條“審查懸移質輸沙率資料符合下列規定:①審查實測懸移質輸沙率成果表，檢查單沙、斷沙測驗方法、取樣儀器、取樣位置等; ②審查單沙過程線，單沙測驗應控制沙量表過程; ③審查推沙方法與單斷沙關系。”的規定。

第5.4.2 條“水位資料的綜合合理性檢查應包括以下方面:①上下游水位過程線對照; ②特征水位沿河長演變圖檢查; ③上下游水位相關圖檢查。”的規定。

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

第5.4.5 條“懸移質輸沙率和含沙量資料的綜合合理性檢查應符合下列規定①上下游含沙量、輸沙率過程線對照; ②上下游月年平均輸沙率對照。”的規定。

根據以上規定判別工程建設影響水文資料系列一致性，需要按《規范》要求并進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處修筑過河便道，同時拆除上游原有200 m處原有橋梁，筑圍堰進行施工。工程施工修筑便道，使水文斷面水位壅高、流速減緩，改變水文測驗河段河道河流情勢及斷面控制;公路橋筑樁施工影響河道流態的同時改變河道水流挾沙能力。根據《河流流量測驗規范》第2.1.1 條、第2.2.9 條規定，判別工程施工影響延壽水文站測驗河段及測驗斷面的代表性。應當按照規范要求采取加密水位觀測、流量測驗測次。同時將泥沙測驗斷面臨時遷往工程所在河段的上游，進行河流泥沙測驗。

2.3 工程施工結束測驗河段沖淤演變期影響

工程施工筑圍堰、打柱樁，修臨時便道等施工作業，破壞的河床以及工程施工遺留的廢棄物，嚴重影響水文測驗河段河道穩定，需要經多次洪水沖刷演變才能趨于穩定，此期間影響水位、流量、泥沙測驗和水文測驗河段大斷面測量。

3 相應措施方案

根據測站現狀和工程影響，采取的相應措施為公路橋重建工程的建設影響相應措施、工程施工影響相應措施、工程施工結束測驗河段沖淤演變期影響相應措施。

3.1 工程施工影響相應措施

1) 按照《水位觀測標準》第5.1.3 條“水位觀測的段次應根據河流特性及水位漲落變化情況合理分布，以測到完整的水位變化過程，滿足日平均水位計算、各項特征值統計、水文資料整編和水情拍報的要求為原則。在峰頂、峰谷及水位變化過程轉折處應布有測次;水位漲落急劇時，應加密測次。”的規定，加密受施工影響水位觀測段次。

2) 按照《河流流量測驗規范》第1.0.8 條“水文站一年中的測流次數，必須根據高、中、低各級水位的水流特性、測站控制情況和測驗精度要求，掌握各個時期的水情變化，合理地分布于各級水位和水情變化過程的轉折點處。水位流量關系不穩定的測站測次，應滿足推算日平均流量和各項特征值的要求”的規定，加密受工程影響施工期流量測驗測次。

3) 在工程上游河段選擇輔助斷面遷移進行懸移質泥沙測驗。輔助斷面設立，按新設站要求進行斷面設立作業。

項目初期利用BIM技術，結合工程周邊的環境建立三維現場平面，直觀地顯示各臨時建筑之間的關系，并模擬各階段現場施工時各種材料堆場的布置、材料進出場線路以及場區內材料周轉和人員流動的路線，進行方案比選，使現場平面布置更加合理。對方案進行不斷優化，既降低了材料成本，又保障了項目效益，并對現場各型設備和各部位施工用水進行仿真分析，對其正常使用及損耗進行統計，確保用水的合理控制。運用BIM技術合理布置場地，協調現場給排水和施工用水情況，避免水資源的浪費。

3.2 工程施工結束，河床沖淤演變影響相應措施

1) 按照《河流流量測驗規范》第1.0.8 條規定，加密流量測驗測次。

2) 按照《河流流量測驗規范》第3.1.2 條規定，加密水文測驗河段水道斷面測量。

3) 進行基本測驗斷面與輔助斷面的懸移質泥沙對比測驗，分析論證輔助斷面的代表性和水文測驗河段水流挾沙能力及工程影響。

3.3 工程建設影響相應措施

1) 按照《河流流量測驗規范》第4.2.1 條“測速垂線的布設以均勻分布，并能控制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉折點，無大補大割。”的規定，在高、中、低水位級分別校檢、調整流量測驗斷面的測速、測深垂線。

2) 按照《河流懸移質泥測驗規范》第3.5.1 條“采用單斷沙或單斷顆關系進行資料整編的站，在進行輸沙率測驗的同時，應采取相應單樣。”的規定、第3.5.2 條“兼作顆粒分析的輸沙率測次，應同時觀測水溫。當單位含沙量取樣方法與單顆取樣方法相同時，可用相應單樣做顆粒分析; 不同時，應另取水樣作顆粒分析。”的規定，第3.5.3 條“相應單樣的取樣次數，在水情平穩時取一次; 有緩慢變化時，應在輸沙率測驗的開始、終了各取一次; 水沙變化劇烈時，應增加取樣次數，并控制轉折變化。”的規定，第4.1.1 條“單樣含沙量測驗方法應能使一類站單斷沙關系線的比例系數在0.95 ～1.05，二、三類站在0.93～1.07。”的規定，在高、中、低不同水位級分別校核、調整單樣曲線。

3) 根據《水文情報預報規范》( 一) 第1.3.3.3條規定，進行工程影響洪水水文預報方案修訂: 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12 處斷面，進行水文測驗河段過流能力推算。②根據推算得的水文測驗河段河道不同水位級過流能力，修訂洪水水文預報方案。③按照《水文資料整編規范》第5.3.4 條、第5.3.5 條、第5.4.2 條、第5.4.4 條、第5.4.5 條規定，進行水文資料系列一致性、代表性分析論證。④按照《《水文普通測量規范》［5］第3.1.1 條“水文測站的地形測量應在建站初期進行。以后地形有顯著變化時應重新測量或局部重測。”的規定，在工程前后時期分別進行水文測驗河段地形測量。

4 措施實施

工程影響相應措施包括工程措施和非工程措施實施。

4.1 工程措施

包括:工程措施包括: 輔助斷面的簡易渡河設施1 處，起點距定位設施1 處，水尺3 支、水準點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驗斷面水位流量測驗，水文測驗河段水道斷面測驗: 在工程上游河段設立輔助斷面進行工程影響懸移質泥沙測驗。

4.2.2 工程施工結束測驗河段沖淤演變期

加密基本測驗斷面水位流量測驗，水文測驗河段水道斷面測驗，流量年加密10 次/2a計，水道斷面年加密2 次/2a計;基本測驗斷面與輔助斷面進行懸移質泥沙對比測驗，校核分析輔助斷面代表性及測驗斷面工程影響，按高、中、低水位級共比測6 次。

4.2.3 工程建設影響相應措施

基本測驗斷面流速垂線、測點代表性、單斷沙關系代表性分析，在高、中、低水位各施測3 次: 進行工程影響水文測驗河段過流能力分析、修訂洪水水文預報方案;進行工程前后水文測驗河段地形測量: 進行工程影響水文資料系列一致性代表性分析。

［1］水利部長江水利委員會水文局．GB50179—93 河流流量測驗規范［S］. 北京: 中國計劃出版社，1994．

［2］水利部長江水利委員會水文局． GB/T50138—2010 水位觀測標準［S］. 北京: 人民出版社，2010．

［3］水利部水利信息中心． SL250—2000 水文情報預報規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2000．

［4］水利部水文局． SL247—1999 水文資料整編規范［S］. 北京:中國水利水電出版社，1999．

［5］中華人民共和國水利部水文司. SL58—93 水文普通測量規范［S］. 北京: 中國水利水電出版社，1993．