臥虎山水庫下游河道斷面自動測流方案分析

張克峰 馬波

摘 要：通過適宜河道的整治，建設測流堰槽，采用先進的現場監測設備及遠程中心管理設備，實現出庫水量等多種水文信息的采集、計算和記錄，以達到出庫流量準確、及時監測的目的。采用固定ADCP（河底式）法，對臥虎山水庫下游河道進行測流。聲學多普勒流速儀進行水深和底面流速的測量，雷達表流速儀進行表面流速的測量，測量數據再進行分析、計算，匯總得出瞬時流量和累計流量。

關鍵詞：水庫;河道;自動測流;流量監測

中圖分類號：P332 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0087-02

1 水庫基本情況

臥虎山水庫位于濟南市南部山區，距市區10公里，在錦繡川、錦陽川、錦云川匯流處的玉符河上游，屬黃河水系。水庫建于1958年，歷經初建、改建、擴建、續建、除險加固和增容工程達到現狀規模。水庫流域面積557km，總庫容1.2億立米，是全市唯一的大型水庫。水庫主要功能是防洪、生態補源、城市供水和農業灌溉。水庫樞紐由大壩、溢洪道、放水洞三部分組成。

因水庫下游河道沒有水文監測系統，難以進行水庫流量實時監測。目前采用的門開啟度流量關系法，監測繁雜，實時性也差。建設水庫實時流量監測系統，通過適宜河道的整治，建設測流堰槽，采用先進的現場監測設備及遠程中心管理設備，實現出庫水量等多種水文信息的采集、計算和記錄，以達到出庫流量準確、及時監測的目的。

并可以及時、準確地向水行政主管部門提供水情，促進水庫的安全運行，有利于實現水資源的優化配置，促進濟南市經濟可持續發展。

2 測流段選址

根據《河流流量測驗規范》要求，河段宜選在順直、穩定、水流集中區域，無分流岔流，斜流、回流、死水等現象。順直段長度應大于洪水量主河槽寬的3倍。

根據下游河道現狀情況，溢洪道前段受基巖（基巖有溢洪道消能的作用）影響，基巖開挖不現實，無法解決分流、回流現象。溢洪道下游鄰接河道為生態河道，已形成景觀河道，進行改建投資成本太高，分流現象也不好改變。溢洪道后段成為唯一可選擇的河段，此河段受沖淤影響，只需進行開挖、回填平整，再建設漿砌石擋土墻，即可形成較平順的堰槽，可進行流量監測，滿足測流功能。經比選，于溢洪道0+370～0+520段，進行測流河段的建設。

3 測流方案

3.1 明渠流量計的測流方法

（1）明渠測流方法從原理上可分為兩大類：水位法與流速面積法。

1）水位法。水位法是通過測量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并經經驗公式或實驗曲線換算成流量來實現計量的。是水位計加輔助的工程建筑物的總稱。

輔助的工程建筑物主要有：量水槽（巴希爾槽、無喉道量水槽等）、量水堰（薄壁堰、三角堰、寬頂堰等）、標準斷面（指順直的規則斷面）、閘孔涵洞。

水位計主要有：超聲波水位計（接觸式）、超聲波水位計（非接觸式）、浮子式水位計、壓力式水位計、雷達水位計、磁伸縮水位計、水尺（人工讀數）。

2）流速面積法。流速面積法通過測量過水斷面面積（過水斷面面積是通過測量的水位來換算求得的）與斷面流速來求得流量。方法有：①聲波時差法：測量線流速，分單聲道法與多聲道法。②超聲波多普勒法：測量局部面流速，分為ADCP法（適合寬渠道，有固定與走航式兩種）與普通多普勒法（適合寬20m內渠道）。③流速儀法：測量點流速，人工手動測量。

按渠道寬窄具體使用以下方式：

a）窄渠道（一般寬度在20m以下）：普通多普勒法（縱向發射），精度29%;時差法流量計，精度2%;流速儀法（比較可靠，現場率定用）。

b）寬渠道（一般寬度在20m以上）：固定ADCP法（橫向發射）;多普勒走航式明渠流量計;時差法明渠流量計;流速儀法（比較可靠，現場率定用）。

（2）測流方法比較。水位法是通過測量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并經經驗公式或實驗曲線換算成流量來實現計量的。因此水位法流量計需要修建量水建筑物，且精度不高，當河道沿程水頭差較小時，量水建筑物會產生水頭損失而影響渠道過水;另一方面當量水建筑物下游附近建有閘門等擋水建筑物時會在量水建筑物處形成淹沒出流，此時測量精度會大幅下降。水位法一般應用于寬度比較小或流量比較小的渠道，寬度超過1m時，量水建筑物造價會增加很多，而此時不做量水筑物直接用河道的水位流量經驗關系曲線測流時精度會很低。

流速面積法通過測量過水斷面面積（過水斷面面積是通過測量的水位來換算求得的）與斷面流速來求得流量，并且精度高，且不受下游頂托水的影響。

（3）測流方法選擇。根據水庫下游溢洪道的現場考察和對不同測量方法的優缺點、適應范圍等的對比，考慮到水庫出水口寬度在70m左右，本次測流方法選用面積流速法，修正測流河道斷面，架設測流桁架，桁架安裝自動測量設備，通過計算機或無線進行控制實現自動測量。

3.2 測流方案

對固定ADCP（岸墻式）法、固定ADCP（河底式）法、固定流速儀法、移動流速儀法四種測流方案進行比選（如表1所示）。

本項目所測流量變化較大，常規流量為20-50m3/s，汛期流量可達200m3/s，且水位變化較大，水位為0.3～2.3m：本項目的測流要求為即時、準確測流，且可長時間測量。

固定ADCP（岸墻式）法，受水位變化影響，測量會有盲區，誤差也較大，無法達到流準確的要求。

移動流速儀法測速較慢，且可靠性較差，雖較便宜，但實用性較差，無法滿足測流即時、準確的要求。

固定流速儀法，價格較高，前期可靠性較好，但此等測流儀器長時間使用后，后期設備使用故障率較高，可靠性也相應降低，無法滿足測流即時、準確的要求。

固定ADCP（河底式）法，價格經濟，多普勒流速儀與雷達表流速儀配合測流，實用性較好，可以滿足測流即時、準確的要求。

4 測流方案的選定

綜上，采用固定ADCP（河底式）法，對臥虎山水庫下游河道進行測流。聲學多普勒流速儀進行水深和底面流速的測量，雷達表流速儀進行表面流速的測量，測量數據再進行分析、計算，匯總得出瞬時流量和累計流量。

參考文獻

[1] 林祚頂.水文現代化與水文新技術[M].中國水利水電出版社，2008.

[2] 蔣建波，梁軍，吳昊，等.中小河流水文測流選配方案分析[J].江蘇水利，2005（8）：33-34+37.