分析高水位小流量的水文測驗方法

向大春/寧夏水文水資源勘測局固原分局

分析高水位小流量的水文測驗方法

向大春/寧夏水文水資源勘測局固原分局

水文資料是進行水文計算的基本資料，根據這些基本資料能夠預測未來自然現象的變化與發展，從而提出更好的預防措施，減少災害對經濟的人員的傷害。同時水文資料測驗直接影響著水利工程的精確度，水文資料在測驗的工程中為了獲得統一、可靠，并且具有代表性的資料，以便及時獲得相關水域的實時數據信息。本研究主要分析與探討小流量與高水位的水文有效測驗方式。

高水位；小流量；水文測驗

隨著經濟社會的發展，我國在經濟發展中越來越重視環境保護和生態平衡發展，在這種發展模式要求下我國水利水電大迅速，大型核電站建設不斷增多，促進國民經濟向更健康模式發展。我國是一個水資源匱乏的國家，而且自然災害標比較多，所以水文資料對我國經濟建設有較大的作用。本研究主要分析與探討小流量與高水位的水文有效測驗方式。

一、高水位小流量水文產生的因素分析

一般平原區域都具有相對極為抑制的地面坡降和河道縱比降。比方說，寧夏平原為純平原區域，其河道縱比與自然坡降大約在1/7000。目前其河道中所創建的大型攔河閘有12座，53座中型攔河閘，42座小型攔河閘，2.47億m3的總設計蓄水量，形成能夠對該區域大中小型河道進行有效控制的保稅與蓄水工程體系。寧夏平原主汛期時敞開閘門，并在枯水期將其水壩工程效益充分發揮出來，以使寧夏平原城市供水與農工業生產用水需求得到滿足，通常閘前具有相對比較高的水位，這樣就直接影響到沿河水文站對流斷面的測驗[1]。如果長時間在小流量、高水位狀態保持，就會導致水文測驗工作的不精準。以往常規測驗方法與測驗設備已經不能與水量平衡計算、資料整編、分析水資源供需等要求相滿足。所以，通過現代化技術和設計情況選擇最佳測驗方法極為有必要。

二、高水位小流量斷面流速的分布特性

大多高水位小流量河道形成的原因都是長時間受閘門控制，而水文測流斷面流速通常是河底流速比水面流速低，兩岸邊流速比中間流速低，該現象是由天然河道流速分布性質所決定的。然而，因為流量比較小，而且具有相對比較大的斷面面積，通常流面之下的流速幾乎為零，導致兩岸邊出現死水的情況，甚至還會出現逆流現象。再加上死水具有比較大的面積，根據水文測驗要求，應該明確死水邊界，而這優勢非常麻煩的一項工作，必須在不同水深與起點通過流速儀進行多次測驗，才有可能確定下來，而一次水文流量測驗必須消耗相當長的一段時間，由此一方面會耗費很多時間與人力，另一方面也不能保證測驗質量。

三、依照不同情況選擇相對應的水文測驗方式

本研究以寧夏平原為例，現階段寧夏平原共有15處測驗水文流量的水文站，除了一些受回水影響非常小的水文站外，其它水文站都會或多或少的受到下游閘門的蓄水影響，特別是在枯水時期，很多閘壩中都積存有非常多的蓄水，對該區域水文測驗及應用產生非常嚴重的影響。

（一）調整水文測流斷面

從根本上說，墨守成規，固守斷面，往往會給水文測驗工作帶來更大的難題。而測流的主要目的在于結算清水賬，對水文來龍去脈進行全面、有效的掌握，以計算水量平衡。所以，需要在基本斷面周邊確定最佳側流斷面，通過水工建筑物對死水逆流與邊界情況進行目測，再通過流速儀法或者浮標法進行測流[2]。若上游區域有多條或者一條支流匯入，同時支流與主流開閘的時間有不同，在這種情況下，應該在不同河道中對最佳位置進行選擇以創設臨時斷面實施巡測，再將基本斷面流量推算出來，比方說，某水電站在枯水時節為了滿足本區域的通航要求，其水流斷面深度超過3m，面積在400m3以上。該水文區域為了能夠提升寧夏平原城市供水需求，多數時間的攔河閘都是關閉的狀態，而從上游流入的水分則經干渠向另一河道調度，再通過該河道的閘門進行控制，達到10m3/s的水流量，平均斷面流速在0.025m/s以下，就算是采用走航式ADCP對水文實施測驗，也存在較大的誤差。在這種情況下，應該將臨時斷面創建在該河道閘下，保證其面積在100m2以下，這樣不僅有助于水文測驗，另一方面也為水文資料的精度提供了有效保障。

（二）通過水工建筑物行水文測驗

水文建筑物測流屬于比較常用的一種水文測流方式，該方法主要測量涵洞與閘門的泄流量，水文建筑物測流的主要原理在于通過對水工建筑物周邊水位與水文站閘門開啟程度進行有效利用，依照水工建筑物泄流公式，對泄流量進行計算。寧夏平原境內具有比較小的河道縱比，涵閘主要是寬頂堰，而很少有實用堰，加之閘門存在不一致的開高，回水會對閘下產生非常嚴重的影響[3]。所以，不容易進行閘壩率定，然而，通過考察水文測驗資料，對最佳參數進行選擇，點繪曲線，可通過三關檢驗的曲線，通過該方式實施直接推流。無法通過三關檢驗的曲線，其總體占據趨勢比較顯著，若無法找到最佳水文測驗方式，選擇該方式實施推流計算，也具有比較小的測驗誤差。比方說，寧夏平原某水文站，其側流斷面基本上都位于閘上，0.025m/s以下的斷面流速，測量測驗一方面會耗費精力與時間，而且不能確保其精度。收集該水文站近兩年的調查資料發現，通過閘門水頭差與閘門開高將率定曲線制定出來，盡管下部點據無法通過三關檢驗，然而，中上部具有非常集中的點據，而且總體趨勢也比較顯著，通過該曲線推流和實測斷面流量就具有非常小的誤差[4]。

（三）選擇先進的水文測驗設備

作為比較傳統的一種水文測驗方式，流速儀法目前被廣泛應用于國內，該設備的水文技術也相當成熟。然而，高水位小流量區域具有比較小的流速，低到無法達到流速儀標定測驗范圍，一些條件比較好的水文測驗站就會選擇更為先進的水文測驗方式，現階段具有較為廣泛推廣應用的水文測驗設備為ADCP（超聲波多普勒水流剖面儀），該設備主要分為漂浮式ADCP與走航式ADCP，船上大多安裝的是船載走航式ADCP，通過測驗斷面船橫穿河道，將斷面流量與形狀測驗出來。而漂浮式ADCP則能夠在水面中自由漂浮，通過側船牽引對橫穿河道進行測驗，有助于完成水文測驗工作。然而，ADCP水文測驗設備具有非常昂貴的價格，這對與水文站來說也存在一定困難[5]。1998年美國某儀器公司開發生產的H-ADCP（超聲波多普勒測試測流儀）便于安裝，而且可靠性比較高，價格也比較低，可以對水文進行在線測驗。然而，該設備只選擇某層流速對斷面流速進行估算，導致測驗誤差比較大，同時也會影響到率定與數學模型的構建。所以只可以在具有穩定斷面規則、較小水位變幅以及較小水位寬度的斷面中應用。

四、總結

總而言之，平原區域往往存在比較多的攔河閘壩，這就加大了流量施測的難度，若要算清水賬，確保水量平衡，采用固守斷面的方式是不夠的，應該與本水文站具體情況相結合，客觀應對，進而選擇最佳水文測驗方法與方案，以確保能夠順利開展水文測驗工作。

[1] 高寬,龐玉增.高水位小流量水文測驗初步分析[J].建筑工程技術與設計,2015:152-153.

[2] 張媛媛,張慧慧,楊丹.高水位小流量水文測驗初步分析[J].河南水利與南水北調, 2012:47-48.

[3] 王學全,盧琦,嚴平,等.庫姆塔格沙漠水文調查小流量測驗及其誤差分析[J].乾旱區地理, 2011, 34:20-25.

[4] 李建梅.水口水文站水位～流量關系曲線單值化分析[J].甘肅水利水電技術, 2010:135-136.

[5]王清華.試論水利水電工程建設對水文測驗工作的影響[J].科技與企業,2015,(14):131-131.