受工程施工影响的水位流量关系曲线定线方法探讨

刘敏娜

（西安水文水资源勘测中心,陕西 西安 710100）

水位流量关系曲线是江河、渠道横断面上的水位与流量之间的对应关系,在一定条件下根据水位推求流量的一种方法。近年来水文站测验断面及上下游工程的建设,不同程度的影响测验断面的正常测验工作,因此相应的水位流量关系也受到不同程度的影响。为消除这些误差,更真实的反映自然水流的实际情况,不同的测验方式和合理的水位流量关系曲线值得研究和探讨。

目前,受工程施工影响的主要有河堤施工、河道基本断面施工、基本断面下游施工、基本断面上游施工,以上施工方式影响测验断面正常的水位流量关系。因此需根据不同的施工方式安排水位测验、流量测验、大断面测量等工作。

1.1 水位观测

当测验断面及测验断面附近出现施工现象时,影响水流正常通行时必然会引起水位的变化,不论哪一种变化,只要水体还流经基本断面那就必须要在基本断面设立水尺来观测水位,一是不影响资料的连续性,二是能正常整编出基本断面的水位资料及年特征值。当基本断面水位失去代表性时可以离开基本断面在临时断面设立水尺,但基本断面和临时断面要同步观测水位,建立临时断面和基本断面的水位关系,最终将水位换算到基本断面；
如临时断面和基本断面确实无法建立关系,只能用临时断面水位推算临时断面流量,流量精度没有受到影响,但水位资料连续性受到破坏,同时年统计值欠准确。因此,不论受到哪种施工影响,保持基本断面和流量有良好的关系是首要考虑的。

1.2 流量测验

在基本断面进行导流作业,基本断面下游围堰、基本断面上游分流等不同情况的出现时,必然影响到基本断面流量的正常测验。在测验断面没有外水流入和内水分出时,可以选择在基本断面导流,在导流槽进行流量测验或选择水流相对集中的临时断面测流。流量测验方法和垂线布设原则和正常河道测验相同。

1.3 断面测量

当受到施工影响时首先应进行断面测量,测出基本断面受影响的河槽断面,方便水位流量关系的分析。

受工程施工影响的水文资料一是要记载清楚并备注说明从何时开始受影响；
二是水文资料计算准确合理。水位资料要记清是哪个断面哪支水尺测的,如基本断面受影响较大时基本断面和临时断面同时观测水位,方便找出基本断面和临时断面之间的关系；
当流量导流时及时在导流槽布设流量测次,并计算方法正确、系数应用合理；
断面测量的数据要合理、准确,并根据数据及时绘出大断面图；
三是要对水位、流量、大断面资料进行合理性检查。

水位流量关系是指一定时段内水位与流量之间的对应关系,若测流断面与基本断面不在一个断面,距离不远或无支流汇入或内水分出时可直接建立关系。水位流量关系是否稳定主要取决于影响流量的各水力因素。

以柳林水文站为例对受施工影响的水位流量关系进行分析。

4.1 柳林水文站测站概况

柳林水文站是石川河上游中等面积区域代表站,是沮河控制站,为国家重要站。该站设于1971年1月,位于陕西省耀州区柳林镇房家沟,东经108°49",北纬35°03",集水面积674 km2,河长67 km,河流平均比降28.4‰,距河口29 km。

柳林站测验断面比较顺直,河床由砂卵石组成,左岸为砌石护坡,右岸为沙卵石组成陡坡,河床冲淤变化较大,断面控制差。基本水尺断面上游2000 m处有柳林大桥, 上下浮标断面至中断面间距80 m,上下比降断面至中断面80 m。

4.2 测验河段受工程影响情况

因左岸修建河堤施工影响,2021年3月4日8时后,水流由左槽导入右槽,在基本断面右槽设立水尺开始观测水位,5月10日15时32分后左岸河堤施工结束,右槽水流导入左槽,在左槽进行正常的水位观测,和流量测验。

（1）水位资料：柳林站水位从左槽导入右槽水位资料见表1。

表1 水位资料

（2）流量资料：受影响前后的实测流量资料见表2。

表2 沮河 柳林站受河堤施工影响实测流量成果表

（1）断面及流速分析

导槽前过水面积大,流速小,导槽后过水断面面积减小,流速增大。断面见图1。

图1 柳林水文站测验断面受工程影响前后对比图

（2）水位分析

从表1可以看出3月4日14时30 分水位变化较大,水流从基本断面左槽全部导入右槽,水位从845.30 m变为846.74 m,水位变幅1.44 m。水位出现了突变。

（3）流量分析

右槽水流相对稳定后,3月4日15时至15时22分立即在右槽进行流量施测,实测流量为1.29 m3/s,相应水位为846.72 m,与本次流量相邻测次的流量分别为2月25实测流量1.36 m3/s,相应水位845.30 m、3月15日为1.22 m3/s,相应水位为846.71 m,由此可以看出导槽后对水位有影响,对流量影响不大或者说基本无影响。根据以上数据分析,可认为同一时刻水位变化而流量不变的基本思路把水流导槽前后通过流量进行自然过渡。

图2 柳林水文站1月～5月瞬时水位流量过程线图

4.3 柳林水文站水位流量关系确定

导槽前1～8次实测流量点为一系列,导槽后9～21次实测流量点为一系列,然后又导回左槽22～29次实测流量点为一系列定线,根据关系曲线通过点群中心,连续光滑,过渡自然的原则,所定线型见图3～图6。

图3 1～8次实测点（受工程影响前）

从图6可以看出三个时段实测流量点各成一系列,如何让三个系列的实测点自然过渡,是需要解决的问题,我们根据受影响前后,由于工程影响断面变化而引起水位变化,流量不变的原理,也就是说视不同水位流量相同的原则,让三个时段的三条水位流量关系曲线实现自然过渡。

图4 9～21次实测点（受工程影响后）

图5 22～29次实测点（工程完工后导入左槽流量）

图6 1～29次实测流量水位流量关系图

通过对柳林站水位流量关系受修建河堤施工影响的实例进行分析,当水流条件发生突变,水位流量关系线之间无法衔接或衔接后定线误差太大时,也可以不考虑衔接,根据实测点据分别定线,近年来,受水利工程影响的测验断面较多,混合影响因素复杂,水位流量关系散乱,在分析水位流量关系曲线时,一定要找出某一时期起主导作用的影响因素,合理定线,并予以补充说明。通过整编,还原自然河流的实际情况,切实提高整编质量和精度,水文资料成果才能更好的服务于社会。