魏村樞紐擴容改建工程對魏村閘水文站影響分析

曾 瑞 周紹陽 曹貫中

魏村樞紐擴容改建工程擬拆除魏村閘水文站所有設備設施，為保證水文監(jiān)測正常運行，需對工程建設帶來的測驗環(huán)境、測驗特性、測驗方案等影響進行分析，提出補救方案措施并進行論證，為水行政主管部門提供技術支撐。

一、工程及水文站概況

1.工程概況

2018年10月，江蘇省水利廳準予魏村樞紐擴容改建工程建設行政許可，擬建魏村樞紐軸線較原樞紐軸線內(nèi)遷約0.5km，位于江蘇省常州市新老德勝河交叉口處。船閘、節(jié)制閘及泵站自東向西一字排開，節(jié)制閘及泵站位于新開挖河道上，船閘位于主航道上，節(jié)制閘居中。船閘工程：180×23×4.0（m）（雙線），節(jié)制閘：凈寬40m，節(jié)制閘單孔凈寬10m，共4 孔，泵站：設計流量160m3/s。工程涉及橋梁：德勝河橋及濱江橋移位改建。設計洪水標準為100年一遇，校核洪水標準為300年一遇。

2.魏村閘水文站

魏村閘水文站于1973年6月由江蘇省水文總站設立，現(xiàn)為國家基本水文站，具備為防汛防旱、規(guī)劃設計、水資源評價、水環(huán)境調(diào)水、交通航運、供水灌溉等提供水情信息的功能。該站主要監(jiān)測項目有閘上游潮位、閘下游水位、引排水量、降水量等，降水量和水位已安裝遙測系統(tǒng)，實現(xiàn)在線監(jiān)測。流量（引排水量）采用一潮推流法和連實測流量過程線法推求。

二、工程影響

1.對測驗環(huán)境的影響

根據(jù)魏村樞紐工程平面布置設計，工程實施將拆除現(xiàn)有魏村閘水文站所有的測驗設施、設備及生產(chǎn)業(yè)務用房，包括降水量觀測場、上下游水位遙測站、纜道房、水文站房及其他辦公用地等。

2.對測驗特性的影響

（1）對水位流量關系的影響

魏村閘站引水公式：Q=k×（Z2.5×ΔZ0.5）β。式中：k 為常數(shù)項；（Z2.5×ΔZ0.5）一項為相關因子α；Z 為開閘穩(wěn)定水位； 為波高，即一潮最高水位與開閘水位之差；β 為指數(shù)項。該站多年的相關因子～引水流量（平均、最大）關系線線型較一致，分布都密集在一個區(qū)域，高、中、低水變幅小，這說明相關因子與引水流量關系具有良好的相關性。

根據(jù)近年（1997～2005年）實測資料定線成果分析表明：雖然水文站測流斷面有變動（2004年1月測流斷面移位，至原址下游300m 處），但整個測驗河段上潮汐要素與潮流量關系比較穩(wěn)定，且常州地區(qū)相近河道水文測站的引排水公式中相關因子α 的表達方式基本不變。預測隨著魏村樞紐擴容改建，相關因子和引排水流量的關系式可繼續(xù)沿用，需重新率定常數(shù)項k 和指數(shù)項β。考慮到航道整治與堤線變化影響，為滿足水文整編要求，后期將建設H-ADCP 在線測流平臺。

（2）對測速垂線及流速單斷關系的影響

魏村樞紐擴容改建工程對河段水流特性存在一定影響，流速儀測流斷面擬保留在原斷面附近。河道新開挖后該處水面寬略有增加，現(xiàn)狀采用流速儀簡測法及常測法測流，常測法測速垂線為10m、20m、30m、40m、50m，簡測法測速垂線（代表線）為30m，單斷關系為0.86（引水）、0.90（排水）左右；工程改建后，測流要按照新設站要求在不同水位級開展不少于30 次精測法。常測法測速垂線、簡測法垂線位置及單斷關系均需要重新率定。常測法垂線位置的確定應對比精測法充分考慮Ⅲ型誤差，即有限垂線數(shù)目和計算規(guī)則所引起的斷面流量的誤差。

三、補救措施方案

1.方案分析

水文監(jiān)測補救措施分為工程措施和非工程措施。工程措施主要有：新設水準基本點和校核點，新建雨量觀測場，上下游水位自記平臺，上下游人工觀測直立式水尺，上下游水位觀測道路，測流斷面加固護坡，建設測流纜道，辦公及生產(chǎn)用房、通訊鐵塔等。非工程措施主要有：分析測站來水條件和特性變化，制定測流方案，不同水位級開展流量精測法并進行精簡分析，率定新的推流參數(shù)，調(diào)整水位測驗方案，改變測驗方式方法，研究資料整編方法等。

選址遷移新建站，應確保魏村閘水文站功能保持基本不變。

2.方案實施

（1）斷面勘選

通過綜合比選，魏村閘水文站上游潮位自記臺位置參照同地區(qū)澡港閘水文站經(jīng)驗，設置在新建樞紐上游靠船墩頭部；下游基本水尺斷面兼測流斷面擬建在濱江橋下游束窄處，近現(xiàn)狀纜道房位置，新纜道房預留H-ADCP 安裝位置；考慮樞紐運行需要，新樞紐下游約80m 處增設一組基本水尺斷面。

建設單位提供場地用于遷建降水量觀測場及測站管理用房。

（2）對比監(jiān)測

為充分利用原魏村閘站水文歷史系列資料，保持水文資料的連續(xù)性和完整性，需開展新舊斷面同時段水位觀測，同步觀測期1年。

因擬建閘上水尺斷面位置處于規(guī)劃土方開挖區(qū)，暫時無法同步觀測，從圍堰施工期開始，在現(xiàn)狀樞紐上游布設臨時水位觀測設施（水位樁+自記水位計），與現(xiàn)狀閘上游水尺進行同步觀測，利用水位關系曲線法，掌握兩斷面同時段水位相關變化特征和轉換關系。新樞紐運行后，再同步觀測該臨時水位設施與上游新水尺斷面水位，分析同時段水位相關變化特征和轉換關系。

擬建測流斷面兼水尺斷面距離現(xiàn)狀斷面距離較近，可不進行同步觀測。

（3）方案設計

遷建的魏村閘水文站于工程批復開工建設后施工，預計3年時間生產(chǎn)業(yè)務用房、水位觀測設施、纜道可以完工并投入運行。結合施工方案，將過渡期分為圍堰導流期、新樞紐（雨量場）運行期以及現(xiàn)狀樞紐拆除期。

①水準點引測

因為內(nèi)河堤線調(diào)整，原水準點大部分被挖掉，需要提前進行水準點引測，布設基本水準點和校核水準點。

②降水觀測方案

遷站后，降水觀測方法與現(xiàn)狀基本相同，應盡快建立新的雨量觀測場。目前兩臺自記雨量計分別位于閘上游水位自記臺和閘下游纜道房，其中纜道房雨量計數(shù)據(jù)用于報汛。現(xiàn)狀人工雨量觀測場位于纜道房上游，擬拆除。新自記及人工雨量計布設在擬建樞紐辦公區(qū)域空曠處，雨量計離開障礙物邊緣的距離，至少為障礙物高度的2倍。

圍堰導流期：纜道房拆除后，報汛采用上游水位自記臺雨量計數(shù)據(jù)。分析兩臺自記雨量設備同步存續(xù)期數(shù)據(jù)，并與現(xiàn)狀人工雨量觀測數(shù)據(jù)比對。

新雨量場建成后：新設自記雨量計與原自記數(shù)據(jù)同步觀測，直到原樞紐拆除，舊雨量自記廢棄。

③水位觀測方案

圍堰導流期：導流期不斷流，現(xiàn)狀魏村樞紐繼續(xù)運行，因而現(xiàn)狀上下游水位計可以正常監(jiān)測。同步觀測閘上游新設臨時水位觀測設施與現(xiàn)狀閘上游水位。

新樞紐建成后：采用新設自記水位臺監(jiān)測記錄水位，并分析臨時水位觀測設施與新建閘上游自記臺水位關系。

④流量觀測方案

圍堰導流期：前期采用原流速儀纜道測流，后期因內(nèi)河堤線調(diào)整，原纜道房拆除。擬建新纜道房的位置距離原址較近，提前安排施工，新纜道房建成并運行后再拆除原纜道房，確保資料具有連續(xù)性和完整性。

新樞紐建成后：采用流速儀法纜道測流，采用精測法（多線多點法），并增加測次，對于不同的流量系數(shù)關系式（線），按不同水位級（相關因子）積累資料，按《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》（SL537-2011）的要求率定水位流量關系曲線。前期流速儀法作為主要測驗方法，走航式ADCP、雷達波測流、浮標法等備用。后期將安裝H-ADCP。比測通過后，測流將以纜道與ADCP 兩種方式并行。

現(xiàn)狀樞紐拆除期：現(xiàn)狀樞紐將在新樞紐運行后的一個非汛期采用爆破或機械方式自上而下按順序拆除，邊拆除邊清運，拆除期將引起水體震蕩渾濁。因拆除期不斷流，且測站設備設施及觀測已正常運行，其對水文監(jiān)測影響較小。

四、建議

（1）建議提前開展基本水準點和校核水準點規(guī)劃設立工作。

（2）為節(jié)約工程成本，提高建設效率，水文站建設可與樞紐工程同步進行。

（3）擬建工程建設單位應與水文站主管部門建立有效的溝通渠道，工程在建設過程中出現(xiàn)可能影響水文站正常監(jiān)測的事件時，應事前告知水文主管單位，以利于制定合理的應急監(jiān)測方案，保證監(jiān)測成果質(zhì)量■