下磯角樞紐工程建設對嶺下水文站的影響分析

◎ 李春 珠江水利科學研究院

隨著水資源的開發利用和水利工程的建設，河流的水沙情勢受到較大影響。部分水利工程的建設會導致水文站的遷址，比如江蘇省的魏村樞紐改建曾致魏村水文站遷址，而水文站遷址可能會造成水文資料無法確保完整性以及連續性。下磯角工程是東江規劃的梯級電站，其位置距離嶺下水文站較近，本文以下磯角工程對嶺下水文站的影響分析為例，說明水利樞紐工程建設對水文監測工作的影響。

1.工程背景及水文站概況

1.1 工程背景

東江航道是廣東省“一橫一網三通道”航道新格局的重要組成部分，是龍川、河源、惠州等地通往珠江三角洲地區的水上通道，隨著產業轉移，沿江兩岸礦冶、建材等工業的快速發展和城鎮建設規模的進一步擴大，必將促進水運量的增加。結合東江水利水電梯級開發，發揮水資源的綜合效益，廣東省擬將河源至石龍航道按Ⅲ級航道標準進行升級建設。

東江河源至石龍航道擴能升級工程除對現有四座樞紐（木京、風光、瀝口和劍潭）船閘進行改造升級外，為保證航道銜接，并結合水資源配置需求，根據以往規劃，還擬新建下磯角樞紐。

1.2 下磯角樞紐

下磯角樞紐位于惠州市橫瀝鎮墨園村附近，為規劃的東江干流上的第13個梯級，下游與劍潭、上游與正在興建的瀝口梯級銜接。下磯角樞紐正常蓄水位為17.74m，水庫相應庫容為0.795億m3，電站裝機28MW，設計通航船舶噸位1000t。樞紐泄水閘設2 0 孔，每閘孔凈寬14m，設計洪水重現期采用50年一遇，校核洪水重現期300年一遇。

1.3 嶺下水文站

嶺下水文站設于1953年8月，位于惠州市惠城區橫瀝鎮嶺下村。該站為國家水文站，是東江中下游匯秋香江、公莊水后的控制站，監測東江中下游水文要素，收集基本水文信息，開展水文情報預報。同時為國家長期積累基礎信息、分析水文特性規律、流域區域防洪調度、水文情報預報、水資源管理、生態保護、航運等提供重要支撐。

嶺下水文站位于下磯角樞紐工程上游約6km處，位于東江左岸。

2.數學模型

為分析下磯角工程對河道水位和流態的影響，采用河道二維模型進行模擬計算，并對工程前后河道水位和流速等的變化進行了分析。

二維水流數學模型基本方程采用納維-斯托克斯方程。數值求解方法為有限體積法，基本原理為將計算域分成若干三角單元。

本次模型包括工程上游觀音閣鎮伍塘村至下游橫瀝鎮附近，總長約50k m的河道范圍。本次模型計算根據不同流量分級下磯角壩下～嶺下水文站糙率采用0.027～0.030、嶺下水文站～瀝口梯級糙率采用0.027～0.036。

選取2017年兩次實測成果，分別計算Q=335m3/s和Q=1036m3/s兩種工況進行驗證，驗證情況見圖1和圖2。

選取P=0.3 3%（校核標準，12600m3/s）、2%（設計標準，10800m3/s）、枯水期(單機滿發流量，205.92m3/s)共3 組水文頻率進行計算分析。上游邊界為流量，采用各設計流量值。下游邊界為水位，采用各設計頻率情況下下邊界對應的水位（22.77m、21.96m、10.94m）。

3.工程建設對嶺下水文站的影響分析成果

3.1 對洪水流量的影響分析

下磯角樞紐是徑流式電站，樞紐運行調度規則為在滿足下游河道取水、壓咸與生態環境用水需求的前提下，按來多少水放多少水進行調度，維持庫區正常蓄水位17.74m，保障船舶通航水位要求，兼顧發電。當博羅流量小于供水臨界流量時，動用下磯角樞紐的庫容用于供水，當庫區水位到達死水位時，停止供水。下磯角樞紐工程建設對嶺下水文站的總流量沒有影響。

3.2 對水位的影響分析

根據計算成果，工程建成后，枯水期水文站附近水位大幅上升，平均漲幅5.67m；洪水期嶺下水文站附近水位小幅上漲，2%洪水時上漲約0.16m，0.33%洪水時上漲約0.18m。

3.3 對洪水流態的影響分析

①洪水期。流速整體呈減小趨勢，2%、0.33%洪水時流速最大減小值分別為0.17m/s、0.27m/s，位于近河道右岸處。2%洪水時最大流向偏轉角為0.5°，平均偏轉角0.3°；0.33%洪水時流向最大偏轉角1.9°，平均偏轉角0.6°；洪水期監測點的流向變化很小。

②枯水期。在枯水條件下，河道水位大幅上漲，嶺下水文站測流范圍內東江水流流速大幅減小。監測點工程前平均流速0.32m/s，工程后平均減小0.24m/s，平均減幅為76%；最大減小值0.38m/s，最大減幅達90%。

枯水期最大流向偏轉角12.9°，平均偏轉角4.6°；枯水期監測點的流向變化明顯比洪水期大。

3.4 對嶺下水文站監測設施的影響

3.4.1 對監測斷面、水尺的影響

嶺下站共設置直立式水尺三套，編號P1、P2和P3，分別位于水位臺及河道內。工程完工后，正常蓄水水位為17.74m，現有水尺將被淹沒，P2、P3水尺無法使用，對監測斷面影響很大。

3.4.2 對水位觀測設施的影響

嶺下站水位測量選用的是WFZ-2 A型浮子式水位計。洪水條件下，在嶺下站測流范圍內流速最大減小0.27m/s，流向最大變化1.9°；枯水條件下，嶺下站測流范圍內流速最大減小0.38m/s，流向最大變化12.9°。嶺下站位于工程流速影響范圍內，水位計附近的水域可能受下游河床的沖淤調整而產生相應的變化，影響水壓的變化從而影響水位的觀測精度。

3.4.3 對流速觀測設施的影響

嶺下站常規采用旋槳流速儀，枯水期偶有采用聲學多普勒流速儀（M9）全斷面船載走航測量。工程建成后，河道流速呈減小趨勢。M9測流范圍內流速的改變會導致與斷面平均流速推求關系的改變，進而影響嶺下站流量成果。由于M9安裝在測流船上，工程對流速觀測設施影響小；但其產生的水體擾動和河床穩定性變化，會影響測量的準確性，使測得的代表線流速與斷面平均流速的關系改變。

4.結語

下磯角樞紐工程對嶺下水文站的正常觀測尤其是枯水期的觀測影響很大，會造成現有水尺及碼頭無法使用，監測斷面的水位流量關系變化較大，水文站需要重建或遷站。

建議嶺下水文站對工程建設前后的對比監測來校核嶺下站的水位、流量、流速和水質數據，建立工程前、后水文資料的關系，保障本站未來水文資料系列與歷年資料系列保持一致，繼續為探索該區域水文基本規律，滿足該地區的水文分析計算、水文預報、水資源評價及環境監測等多方面服務。