受工程施工影響的水位流量關系曲線定線方法探討

劉敏娜

（西安水文水資源勘測中心,陜西 西安 710100）

水位流量關系曲線是江河、渠道橫斷面上的水位與流量之間的對應關系,在一定條件下根據水位推求流量的一種方法。近年來水文站測驗斷面及上下游工程的建設,不同程度的影響測驗斷面的正常測驗工作,因此相應的水位流量關系也受到不同程度的影響。為消除這些誤差,更真實的反映自然水流的實際情況,不同的測驗方式和合理的水位流量關系曲線值得研究和探討。

1 受工程影響的水位流量測驗要求

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驗斷面正常的水位流量關系。因此需根據不同的施工方式安排水位測驗、流量測驗、大斷面測量等工作。

1.1 水位觀測

當測驗斷面及測驗斷面附近出現施工現象時,影響水流正常通行時必然會引起水位的變化,不論哪一種變化,只要水體還流經基本斷面那就必須要在基本斷面設立水尺來觀測水位,一是不影響資料的連續性,二是能正常整編出基本斷面的水位資料及年特征值。當基本斷面水位失去代表性時可以離開基本斷面在臨時斷面設立水尺,但基本斷面和臨時斷面要同步觀測水位,建立臨時斷面和基本斷面的水位關系,最終將水位換算到基本斷面；如臨時斷面和基本斷面確實無法建立關系,只能用臨時斷面水位推算臨時斷面流量,流量精度沒有受到影響,但水位資料連續性受到破壞,同時年統計值欠準確。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系是首要考慮的。

1.2 流量測驗

在基本斷面進行導流作業,基本斷面下游圍堰、基本斷面上游分流等不同情況的出現時,必然影響到基本斷面流量的正常測驗。在測驗斷面沒有外水流入和內水分出時,可以選擇在基本斷面導流,在導流槽進行流量測驗或選擇水流相對集中的臨時斷面測流。流量測驗方法和垂線布設原則和正常河道測驗相同。

1.3 斷面測量

當受到施工影響時首先應進行斷面測量,測出基本斷面受影響的河槽斷面,方便水位流量關系的分析。

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明從何時開始受影響；二是水文資料計算準確合理。水位資料要記清是哪個斷面哪支水尺測的,如基本斷面受影響較大時基本斷面和臨時斷面同時觀測水位,方便找出基本斷面和臨時斷面之間的關系；當流量導流時及時在導流槽布設流量測次,并計算方法正確、系數應用合理；斷面測量的數據要合理、準確,并根據數據及時繪出大斷面圖；三是要對水位、流量、大斷面資料進行合理性檢查。

3 水位流量關系分析

水位流量關系是指一定時段內水位與流量之間的對應關系,若測流斷面與基本斷面不在一個斷面,距離不遠或無支流匯入或內水分出時可直接建立關系。水位流量關系是否穩定主要取決于影響流量的各水力因素。

4 工程施工影響實例分析

以柳林水文站為例對受施工影響的水位流量關系進行分析。

4.1 柳林水文站測站概況

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

柳林站測驗斷面比較順直,河床由砂卵石組成,左岸為砌石護坡,右岸為沙卵石組成陡坡,河床沖淤變化較大,斷面控制差。基本水尺斷面上游2000 m處有柳林大橋, 上下浮標斷面至中斷面間距80 m,上下比降斷面至中斷面80 m。

4.2 測驗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時后,水流由左槽導入右槽,在基本斷面右槽設立水尺開始觀測水位,5月10日15時32分后左岸河堤施工結束,右槽水流導入左槽,在左槽進行正常的水位觀測,和流量測驗。

（1）水位資料：柳林站水位從左槽導入右槽水位資料見表1。

表1 水位資料

（2）流量資料：受影響前后的實測流量資料見表2。

表2 沮河 柳林站受河堤施工影響實測流量成果表

（1）斷面及流速分析

導槽前過水面積大,流速小,導槽后過水斷面面積減小,流速增大。斷面見圖1。

圖1 柳林水文站測驗斷面受工程影響前后對比圖

（2）水位分析

從表1可以看出3月4日14時30 分水位變化較大,水流從基本斷面左槽全部導入右槽,水位從845.30 m變為846.74 m,水位變幅1.44 m。水位出現了突變。

（3）流量分析

右槽水流相對穩定后,3月4日15時至15時22分立即在右槽進行流量施測,實測流量為1.29 m3/s,相應水位為846.72 m,與本次流量相鄰測次的流量分別為2月25實測流量1.36 m3/s,相應水位845.30 m、3月15日為1.22 m3/s,相應水位為846.71 m,由此可以看出導槽后對水位有影響,對流量影響不大或者說基本無影響。根據以上數據分析,可認為同一時刻水位變化而流量不變的基本思路把水流導槽前后通過流量進行自然過渡。

圖2 柳林水文站1月～5月瞬時水位流量過程線圖

4.3 柳林水文站水位流量關系確定

導槽前1～8次實測流量點為一系列,導槽后9～21次實測流量點為一系列,然后又導回左槽22～29次實測流量點為一系列定線,根據關系曲線通過點群中心,連續光滑,過渡自然的原則,所定線型見圖3～圖6。

圖3 1～8次實測點（受工程影響前）

從圖6可以看出三個時段實測流量點各成一系列,如何讓三個系列的實測點自然過渡,是需要解決的問題,我們根據受影響前后,由于工程影響斷面變化而引起水位變化,流量不變的原理,也就是說視不同水位流量相同的原則,讓三個時段的三條水位流量關系曲線實現自然過渡。

圖4 9～21次實測點（受工程影響后）

圖5 22～29次實測點（工程完工后導入左槽流量）

圖6 1～29次實測流量水位流量關系圖

5 結論

通過對柳林站水位流量關系受修建河堤施工影響的實例進行分析,當水流條件發生突變,水位流量關系線之間無法銜接或銜接后定線誤差太大時,也可以不考慮銜接,根據實測點據分別定線,近年來,受水利工程影響的測驗斷面較多,混合影響因素復雜,水位流量關系散亂,在分析水位流量關系曲線時,一定要找出某一時期起主導作用的影響因素,合理定線,并予以補充說明。通過整編,還原自然河流的實際情況,切實提高整編質量和精度,水文資料成果才能更好的服務于社會。