受工程施工影響的水位流量關(guān)系曲線定線方法探討

劉敏娜

（西安水文水資源勘測(cè)中心,陜西 西安 710100）

水位流量關(guān)系曲線是江河、渠道橫斷面上的水位與流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,在一定條件下根據(jù)水位推求流量的一種方法。近年來(lái)水文站測(cè)驗(yàn)斷面及上下游工程的建設(shè),不同程度的影響測(cè)驗(yàn)斷面的正常測(cè)驗(yàn)工作,因此相應(yīng)的水位流量關(guān)系也受到不同程度的影響。為消除這些誤差,更真實(shí)的反映自然水流的實(shí)際情況,不同的測(cè)驗(yàn)方式和合理的水位流量關(guān)系曲線值得研究和探討。

1 受工程影響的水位流量測(cè)驗(yàn)要求

目前,受工程施工影響的主要有河堤施工、河道基本斷面施工、基本斷面下游施工、基本斷面上游施工,以上施工方式影響測(cè)驗(yàn)斷面正常的水位流量關(guān)系。因此需根據(jù)不同的施工方式安排水位測(cè)驗(yàn)、流量測(cè)驗(yàn)、大斷面測(cè)量等工作。

1.1 水位觀測(cè)

當(dāng)測(cè)驗(yàn)斷面及測(cè)驗(yàn)斷面附近出現(xiàn)施工現(xiàn)象時(shí),影響水流正常通行時(shí)必然會(huì)引起水位的變化,不論哪一種變化,只要水體還流經(jīng)基本斷面那就必須要在基本斷面設(shè)立水尺來(lái)觀測(cè)水位,一是不影響資料的連續(xù)性,二是能正常整編出基本斷面的水位資料及年特征值。當(dāng)基本斷面水位失去代表性時(shí)可以離開(kāi)基本斷面在臨時(shí)斷面設(shè)立水尺,但基本斷面和臨時(shí)斷面要同步觀測(cè)水位,建立臨時(shí)斷面和基本斷面的水位關(guān)系,最終將水位換算到基本斷面；如臨時(shí)斷面和基本斷面確實(shí)無(wú)法建立關(guān)系,只能用臨時(shí)斷面水位推算臨時(shí)斷面流量,流量精度沒(méi)有受到影響,但水位資料連續(xù)性受到破壞,同時(shí)年統(tǒng)計(jì)值欠準(zhǔn)確。因此,不論受到哪種施工影響,保持基本斷面和流量有良好的關(guān)系是首要考慮的。

1.2 流量測(cè)驗(yàn)

在基本斷面進(jìn)行導(dǎo)流作業(yè),基本斷面下游圍堰、基本斷面上游分流等不同情況的出現(xiàn)時(shí),必然影響到基本斷面流量的正常測(cè)驗(yàn)。在測(cè)驗(yàn)斷面沒(méi)有外水流入和內(nèi)水分出時(shí),可以選擇在基本斷面導(dǎo)流,在導(dǎo)流槽進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)或選擇水流相對(duì)集中的臨時(shí)斷面測(cè)流。流量測(cè)驗(yàn)方法和垂線布設(shè)原則和正常河道測(cè)驗(yàn)相同。

1.3 斷面測(cè)量

當(dāng)受到施工影響時(shí)首先應(yīng)進(jìn)行斷面測(cè)量,測(cè)出基本斷面受影響的河槽斷面,方便水位流量關(guān)系的分析。

2 受工程施工影響水文資料整編要求

受工程施工影響的水文資料一是要記載清楚并備注說(shuō)明從何時(shí)開(kāi)始受影響；二是水文資料計(jì)算準(zhǔn)確合理。水位資料要記清是哪個(gè)斷面哪支水尺測(cè)的,如基本斷面受影響較大時(shí)基本斷面和臨時(shí)斷面同時(shí)觀測(cè)水位,方便找出基本斷面和臨時(shí)斷面之間的關(guān)系；當(dāng)流量導(dǎo)流時(shí)及時(shí)在導(dǎo)流槽布設(shè)流量測(cè)次,并計(jì)算方法正確、系數(shù)應(yīng)用合理；斷面測(cè)量的數(shù)據(jù)要合理、準(zhǔn)確,并根據(jù)數(shù)據(jù)及時(shí)繪出大斷面圖；三是要對(duì)水位、流量、大斷面資料進(jìn)行合理性檢查。

3 水位流量關(guān)系分析

水位流量關(guān)系是指一定時(shí)段內(nèi)水位與流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,若測(cè)流斷面與基本斷面不在一個(gè)斷面,距離不遠(yuǎn)或無(wú)支流匯入或內(nèi)水分出時(shí)可直接建立關(guān)系。水位流量關(guān)系是否穩(wěn)定主要取決于影響流量的各水力因素。

4 工程施工影響實(shí)例分析

以柳林水文站為例對(duì)受施工影響的水位流量關(guān)系進(jìn)行分析。

4.1 柳林水文站測(cè)站概況

柳林水文站是石川河上游中等面積區(qū)域代表站,是沮河控制站,為國(guó)家重要站。該站設(shè)于1971年1月,位于陜西省耀州區(qū)柳林鎮(zhèn)房家溝,東經(jīng)108°49',北緯35°03',集水面積674 km2,河長(zhǎng)67 km,河流平均比降28.4‰,距河口29 km。

柳林站測(cè)驗(yàn)斷面比較順直,河床由砂卵石組成,左岸為砌石護(hù)坡,右岸為沙卵石組成陡坡,河床沖淤變化較大,斷面控制差?；舅邤嗝嫔嫌?000 m處有柳林大橋, 上下浮標(biāo)斷面至中斷面間距80 m,上下比降斷面至中斷面80 m。

4.2 測(cè)驗(yàn)河段受工程影響情況

因左岸修建河堤施工影響,2021年3月4日8時(shí)后,水流由左槽導(dǎo)入右槽,在基本斷面右槽設(shè)立水尺開(kāi)始觀測(cè)水位,5月10日15時(shí)32分后左岸河堤施工結(jié)束,右槽水流導(dǎo)入左槽,在左槽進(jìn)行正常的水位觀測(cè),和流量測(cè)驗(yàn)。

（1）水位資料：柳林站水位從左槽導(dǎo)入右槽水位資料見(jiàn)表1。

表1 水位資料

（2）流量資料：受影響前后的實(shí)測(cè)流量資料見(jiàn)表2。

表2 沮河 柳林站受河堤施工影響實(shí)測(cè)流量成果表

（1）斷面及流速分析

導(dǎo)槽前過(guò)水面積大,流速小,導(dǎo)槽后過(guò)水?dāng)嗝婷娣e減小,流速增大。斷面見(jiàn)圖1。

圖1 柳林水文站測(cè)驗(yàn)斷面受工程影響前后對(duì)比圖

（2）水位分析

從表1可以看出3月4日14時(shí)30 分水位變化較大,水流從基本斷面左槽全部導(dǎo)入右槽,水位從845.30 m變?yōu)?46.74 m,水位變幅1.44 m。水位出現(xiàn)了突變。

（3）流量分析

右槽水流相對(duì)穩(wěn)定后,3月4日15時(shí)至15時(shí)22分立即在右槽進(jìn)行流量施測(cè),實(shí)測(cè)流量為1.29 m3/s,相應(yīng)水位為846.72 m,與本次流量相鄰測(cè)次的流量分別為2月25實(shí)測(cè)流量1.36 m3/s,相應(yīng)水位845.30 m、3月15日為1.22 m3/s,相應(yīng)水位為846.71 m,由此可以看出導(dǎo)槽后對(duì)水位有影響,對(duì)流量影響不大或者說(shuō)基本無(wú)影響。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析,可認(rèn)為同一時(shí)刻水位變化而流量不變的基本思路把水流導(dǎo)槽前后通過(guò)流量進(jìn)行自然過(guò)渡。

圖2 柳林水文站1月～5月瞬時(shí)水位流量過(guò)程線圖

4.3 柳林水文站水位流量關(guān)系確定

導(dǎo)槽前1～8次實(shí)測(cè)流量點(diǎn)為一系列,導(dǎo)槽后9～21次實(shí)測(cè)流量點(diǎn)為一系列,然后又導(dǎo)回左槽22～29次實(shí)測(cè)流量點(diǎn)為一系列定線,根據(jù)關(guān)系曲線通過(guò)點(diǎn)群中心,連續(xù)光滑,過(guò)渡自然的原則,所定線型見(jiàn)圖3～圖6。

圖3 1～8次實(shí)測(cè)點(diǎn)（受工程影響前）

從圖6可以看出三個(gè)時(shí)段實(shí)測(cè)流量點(diǎn)各成一系列,如何讓三個(gè)系列的實(shí)測(cè)點(diǎn)自然過(guò)渡,是需要解決的問(wèn)題,我們根據(jù)受影響前后,由于工程影響斷面變化而引起水位變化,流量不變的原理,也就是說(shuō)視不同水位流量相同的原則,讓三個(gè)時(shí)段的三條水位流量關(guān)系曲線實(shí)現(xiàn)自然過(guò)渡。

圖4 9～21次實(shí)測(cè)點(diǎn)（受工程影響后）

圖5 22～29次實(shí)測(cè)點(diǎn)（工程完工后導(dǎo)入左槽流量）

圖6 1～29次實(shí)測(cè)流量水位流量關(guān)系圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)柳林站水位流量關(guān)系受修建河堤施工影響的實(shí)例進(jìn)行分析,當(dāng)水流條件發(fā)生突變,水位流量關(guān)系線之間無(wú)法銜接或銜接后定線誤差太大時(shí),也可以不考慮銜接,根據(jù)實(shí)測(cè)點(diǎn)據(jù)分別定線,近年來(lái),受水利工程影響的測(cè)驗(yàn)斷面較多,混合影響因素復(fù)雜,水位流量關(guān)系散亂,在分析水位流量關(guān)系曲線時(shí),一定要找出某一時(shí)期起主導(dǎo)作用的影響因素,合理定線,并予以補(bǔ)充說(shuō)明。通過(guò)整編,還原自然河流的實(shí)際情況,切實(shí)提高整編質(zhì)量和精度,水文資料成果才能更好的服務(wù)于社會(huì)。