生態建設項目對都衙水文站水文監測的影響分析

鄭 燦

（河北省保定水文勘測研究中心，河北 保定 071000）

1 工程概況

淶水縣拒馬河大沙地斷面上游河流岸線自然生態緩沖帶建設項目位于淶水縣拒馬河北京與河北界橋大沙地斷面上游6 km，1#濕地工程采取“水平潛流人工濕地+表面流人工濕地+水平潛流人工濕地”的布局形式；2#濕地工程采取“調蓄塘+水平潛流人工濕地+表面流人工濕地”的布局形式；3#濕地工程充分利用溝道階梯式的地勢變化，采取5 級“表面流人工濕地”的布局形式。項目位置，如圖1所示。

圖1 項目位置

北京與河北界橋至北峪河流緩沖帶采用格賓石籠進行防護；狼兒河村至北大河沿線各村莊入河口左岸采用格賓石籠進行防護，右岸及都衙水文站處采用格賓石籠護墊進行防護。工程建設的目的是保障拒馬河水質，凈化周邊匯入的初期雨水和農田退水，形成完備的生態緩沖帶，構建良好的濕地生態環境。

2 水文站概況

都衙水文站始建于2008 年1 月，控制流域面積4 450 km2，為海河流域大清河水系拒馬河上的國家基本水文站，承擔著斷面上游洪水的觀測、報汛任務。拒馬河全長270 km，其中都衙以上主河道長180.5 km，河道縱坡為4.5‰，流域平均寬度為24.3 km。

都衙水文站主要監測項目包括水位、流量、水溫、降水量、水質等水文要素。都衙水文站位置，如圖2所示。

都衙水文站測驗河段位于淶水縣都衙村，順直段長約200 m，為寬淺河槽，右岸為山石。基本斷面以上80 m 處有石壩1 座。上游約80 m 處右岸有渠首工程1處，截流引水。

都衙水文站測驗河段的河床由砂卵石組成，中水、低水沖淤變化不大，特大洪水時右岸有沖淤現象。都衙水文站主河道測驗斷面設于2010 年6 月，基本斷面以下250 m 處向左彎曲，沖淤變化較大，主流偏于右岸。

3 水文分析計算

3.1 中高低水劃分

依據都衙水文站測站任務書流量分級，低水流量小于18 m3/s，中水、高水流量大于18 m3/s。低水時，根據測流槽建立水位流量關系單值化曲線實現在線推流。中水、高水時，流量大于18 m3/s、小于200 m3/s，采用纜道懸桿流速儀測驗；流量大于200 m3/s、小于1 180 m3/s，采用纜道雷達波在線測流系統測驗；流量大于1 180 m3/s、小于2 980 m3/s，采用雷達波測驗，影像測速儀輔助；流量大于2 980 m3/s（洪水），采用電波流速儀施測或根據水位流量關系曲線推流。

3.2 沖刷分析計算

河道沖刷采用《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）平順護岸的沖刷深度公式進行計算。

泥沙起動流速計算公式如下：

式中：Uc為泥沙起動流速（m/s）；H0為沖刷處水深（m），取3.53 m；d50為床沙的中值粒徑（m），取0.02 m；γs，γ分別為泥沙與水的容重（kN/m3），其中水的容重為9.8 kN/m3、泥沙的容重為17.9 kN/m3。

近岸垂線平均流速計算公式如下：

式中：Ucp為近岸垂線平均流速（m/s）；U為行近流速（m/s），取2.82 m/s；η為水流流速不均勻系數，根據水流流向與岸坡夾角查表取值，詳見表1，取3.00。

表1 水流流向與岸坡夾角關系

局部沖刷深度計算公式如下：

式中：hs為局部沖刷深度（m）；n與防護岸坡在平面上的形狀有關，n=1/4～1/6，取1/4；其余變量含義及取值同上。

上述公式中，床沙的中值粒徑、沖刷處深度和行近流速均為2012 年水文實測資料。通過式（1）—（3），計算得泥沙啟動流速Uc為0.34 m/s、近岸垂線平均流速Ucp為4.23 m/s、局部沖刷深度hs為3.08 m。

4 影響評價

4.1 對河勢的影響分析

都衙水文站附近河道經多年沖淤演變，河床形態已基本穩定。項目建成后，河道行洪主流流向基本不會改變，但工程施工期間縮窄了附近河道主槽，對上下游河段河勢穩定有一定影響。

4.2 對測驗河段及測站控制的影響分析

淶水縣拒馬河大沙地斷面上游河流岸線自然生態緩沖帶建設項目位于都衙水文站上下游各20 km河道管理范圍內，低水期工程施工將造成河道過水斷面縮窄，進而對水文測驗斷面產生嚴重影響；斷面控制和河道控制情況發生改變，使測驗河段流速、河床坡度及水面比降均發生變化，流速橫向分布與斷面形態、河道形勢等各項因素也發生了變化[1]。中高水期，工程施工造成的影響較小。歷史資料和近年實測資料大部分均為低水期水位流量資料，為保證資料連續性需要調整基本測驗斷面。

4.3 對水文設施設備的影響分析

淶水縣拒馬河大沙地斷面上游河流岸線自然生態緩沖帶建設項目建成后，中高水期水文監測方式與設施設備幾乎不變，但低水期水流形態發生改變，現有水文測驗設施設備無法滿足日常測驗需求，因此需對都衙水文站測驗斷面現有設施設備進行改善。

4.4 對水文測驗的影響分析

中高水期，現有測報方案與應急測報措施可滿足日常測報要求，但低水期因工程施工造成上游水域受到回水作用致使水位抬升，測驗河段流速、河床坡度及水面比降均發生重大變化，導致水位觀測變得復雜[2]，需增加測次。因對應的水位-流量關系變化顯著，需重新率定水位-流量關系進而定線推流[3]。

4.5 對水文情報預報的影響分析

都衙水文站的報汛任務有峰頂流量、實測流量等，水情信息要在15 min 內報出。中高水期峰頂流量根據實測峰頂水位在擬定的高水報汛曲線上推求，但低水期因水位-流量關系的變化會使原有報汛曲線受到影響。因此，本項目的實施將對都衙水文站的水文情報預報產生影響。

4.6 對水文數據資料的影響分析

通過以上分析可知，項目建設對都衙水文站流量、水位等監測產生影響，導致都衙水文站測驗斷面需要調整。測驗斷面調整后，由于測驗條件的變化，水文資料系列的連續性、一致性將受到一定影響[4]。為了分析水文資料的連續性和一致性，應再次修訂都衙水文站測站任務書和洪水測報方案，加密各水文要素的測次，加大水位、流量以及各水文要素變化的資料整編工作量，使都衙水文站水文資料在站整編、審查、匯編等各階段的工作量增大[5]。

5 結論與建議

（1）淶水縣拒馬河大沙地斷面上游河流岸線自然生態緩沖帶建設項目位于都衙水文站水文監測環境保護范圍內，工程實施對都衙水文站測驗河段、測驗斷面、設備設施、水文測驗、水文情報預報和水文數據資料等均產生影響。

（2）項目建設對水文站監測環境和水文資料系列的影響較大，對水文要素的影響是全方位的，包括水位、流量等及其之間的相互關系。對水文規律產生的影響，需要通過修訂水文測驗技術方案，增加水位、流量測次，修訂預報方案，加強水文資料整編等手段進行補救。

（3）項目建設單位應與水文部門保持聯系，落實因項目建設對水文站水文監測造成影響的補救措施，妥善處理好項目建設與水文站水文測報工作的相互關系，確保水文測驗工作的正常進行。

（4）工程施工應安排在非汛期，以確保都衙水文站測驗安全。

（5）應對工程施工期間的水文要素進行監測，完善水量調查資料，考證建設項目基本情況，查清其分布及變動情況。在水文資料整編過程中，應編制流量資料整編說明表，并對整編成果進行全面合理性檢查，保證成果合理可靠[6]。加強對調查和收集資料的整編，對項目的水文調查資料和項目相關的水文整編資料應納入整編資料中刊印。都衙水文站完成斷面整治后，應對工程運行后的水文數據進行系統分析，若形成兩個系列應建立兩個系列數據的相關關系，并進行水文資料數據的一致性處理。