1、受水利工程影响水文站水文测验方法的研究 摘要：本文就受水利工程影响水文站水文测验方法进行了研究，结合相关的实例工程，提出流量和悬移质输沙率的测验方式原则和方法并进行优化，进而分析优化结果。此外还简要介绍了沙质和卵石推移质的测验方式和测次优化原则。旨在为水文站水文测验提供参考。 关键词：水利工程影响；水文站水文测验方法；研究 随着国家经济的迅猛发展，水文在国民经济建设中的基础地位和防汛抗旱工作中发挥的作用越来越重要，水文基础设施建设与测站面貌发生了显著变化，水文站的工作环境也得到较大改善。当然，只有精确的水文测验，才能提供精确的水文数据，只有精确水文数据，才能给防汛减灾部门提供准确的决策依据，为
2、此提高水文测验工作尤其重要。 1 工程概况 某水文站属国家重要水文站，流量一类精度站、泥沙测验一类精度站。据目前规划中的水利建设工程，尤其是拟建水利水电工程趋势进行初步预测，发现在今后影响水文站网的情况还将更加严重。水文站测验断面形态呈“U”型。左岸较平坦，为砾卵石夹沙河床，是冲淤变化的主要部位，低水时约有100m的边滩裸露，高程42m以上为混凝土护岸；右岸系基岩，地形陡峭。此外，断面深槽偏右。 1.1 影响水位流量关系因素 水位流量关系受河道地形条件和水力因素变化等综合因素影响。即中、高水受洪水涨落、断面冲淤影响使水位流量关系呈逆时针绳套曲线变化，受下游支流综合调度影响，关系曲线局部变形或扭
3、曲；中低水期）水位变幅不大，该水位级占全年总测次从2008年前的约30%增加到2011年的约64%，水位流量关系为综合单一线性，与多年低水单一线比较，存在逐渐右移，同流量级下水位呈下降趋势，即枯期测验河段河床下切与低水水位下降一致，一般时段水量变化在10%以内，对年径流量影响较小。 1.2 影响单样含沙量和输沙率因素 在水文站悬移质泥沙测验中，通过建立单断沙关系，推求出含沙量变化过程及各特征值。断面单沙取样方法为起点距310、550、700m（相对位置0.2、0.6、0.8）处按2：1：1垂线混合，再通过流量加权计算出单样含沙量。 水文站20042011年实测单沙大于0.1kg/m3的测次逐年
4、减少，从占总测次的46.4%到2011年仅为0.6%，枯季含沙量小于0.01kg/m3的测次比例较大，但低沙在年输沙量中所占比例较小，含沙量过程变化也不明显，而与其配套测验的断沙相对误差却可能较大，有时甚至达到50%以上，影响单断沙关系检验结果。 2 流量和悬移质输沙率测验方式优化 2.1 流量 多年来，水文站采用水位流量连时序法和单一线法进行流量整编，流量测次布置总体可按单一曲线原则（用于中低水位期），临时曲线原则（用于受水利工程影响较大的时期）绳套曲线原则（用于中高水期）。通过对实测流量资料进行分析和误差统计，可采用多途径进行测验方式优化和测次精简。 水位低于43.50m左右时，水位流量关
5、系呈多条单一线性，当水位小于43.50m，按水位级布置测次，即在38.07m（历史最低水位）43.50m之间，按0.5m左右布置一个测次（近几年因上游水库综合调度，年最低水位基本稳定在39.00m左右），年最低水位0.5m变幅内加密23个测点，以检验低水期水位流量关系是否出现偏移变化。 2.2 悬移质输沙率 水文输沙率整编采用单断沙关系法和断沙过程线法，我悬移质输沙率和单沙测次在基于控制总沙量的基础上，按单断沙沙关系法和断沙过程线法两个原则进行测验方法和测次优化。单沙测次优化应掌握3个原则：以洪水期为重点；受水利工程影响，按断沙过程线法布置测次；枯水期按等时距布置测次原则，重点掌握从浑变清和清
6、变浑时期含沙量变化过程。根据水文站20042011年中低水位与单样含沙量的关系，以确定枯水期按等时距布置单样含沙量测次。 水位在43.00m以下，单沙每月采样12次；水位在43.0045.00m之间，每周采样1次，若发现沙样沙重变化明显，则可适当加测；水位在45.0048.50m之间单沙每2天左右采样1次，当发现本次水样与上次水样含沙量明显变化，则改为每天至少一次单沙；水位大于48.50m单沙每天最少采样两次，当发现与上次水样比较，含沙量明显变化（前后两次含沙量变幅值大于50%），应及时增加单沙测次，使单沙真实反映含沙量变化过程。 在进行断沙测次布置时，一般采用单断沙关系线法和过程线法。水文站
7、单断沙关系历年稳定，通过近10a断沙测次分析，考虑水文站控制的重要性，断沙年测次控制在30次左右为宜。 水位43.00m以下每年只需进行12次断沙，验证低沙阶段单断沙关系。水位高于43.00m或沙量发生明显变化，应以控制含沙量级为原则（沙量间间距不大于10%），特别要注意高沙采集（近几年资料分析年最大沙峰出现在年最大洪水后约3d）。 汛期每周约1次（流量、沙推等测次配套），其间含沙量变化较大时及时增加测次；当水利工程调度而引起含沙量急剧变化时，按断沙过程线法布置测次，一般断沙次数为日不少于3次。 悬移质含沙量取样主要采用横式采样器，单样含沙量采用3线3点（即起点距310、550、700m），按
8、照2：1：1方式垂线混合，特殊情况下可采用LISST或浊度仪进行（一般在常规单沙垂线测量）；断沙一般采用6线3点法全断面混合，水沙配套测验可采用11线3点法垂线混合。3流量和悬移质输沙率测次优化结果分析 3.1 流量 根据流量优化原则，对20052007年流量测次进行优化，并重新建立水位流量关系，进行误差检验及资料整编，见表1。 流量测次减少幅度达21%30%，但对主要洪峰过程的洪峰流量及特征值流量影响较小，优化前后年总径流量相差小于0.1%，流量过程与水位过程吻合，说明测次优化对水位流量关系定线精度影响较小（见图1）。 工程蓄水后，因综合调度，中低水出现了临时曲线，增加了流量测次布置难度。
9、2005年后相继出现了不少于10次的水流突变过程，从趋势看，突变次数逐渐减少，水位变率有一定的增大，突变时间逐渐缩短并趋于稳定。反映在水位流量关系上，当水位变化在2m以内时，仍按综合单一线布置流量测次（流量偏移较大，则采用临时曲线，若该时段实测流量充分，临时曲线能较好地反映水流突变过程，否则任意性较大，但时段水量变化较小，占月水量的0.2%以内），当变幅超过2m时，按绳套曲线布置流量测次。 低水变化受上游水利工程调度影响频繁，掌握流量测次间距难度较大，因为枯水时常与低水胶合，因此枯水流量测验，其水位级原则上按0.2m左右（要求低水部分外延幅度在2%以内）控制。 3.2 悬移质输沙率 根据悬移质
10、输沙率优化原则，对20052007年断沙和单沙测次进行优化，并用优化后的测次再次建立单断沙关系，进行曲线检验，推求出年悬移质输沙量，见表2。 表3 20052007年单断沙测次优化前后单断关系误差比较 单沙测次优化幅度较大，特别是中低沙测次优化较多。悬移质输沙率测次优化相对较少，原因是断沙主要控制沙量级，测次只验证单断沙关系，相对于单沙测次少很多。 测次优化前后平均输沙率和平均含沙量基本没有变化，最大和最小断面平均含沙量变化较小，各年悬移质输沙量变化在0.8%以内，含沙量过程吻合较好，达到了全年控制沙量和中、高沙控制过程的目的。 4 推移质测验方式和测次优化 4.1 沙质推移质 水文站沙质推移
11、质测验主要考虑满足推求年输沙量和各种特征值的要求，也是测验和测次优化的基本原则。三峡工程运行后，推移质下泄能力和产沙原动力削弱，清水下泄明显增多，汛期约占全年沙量的94.7%，与三峡蓄水前比较，年输沙量减少了约77.5%，主要推移量由原来69月变为79月，CV（离差系数）值增大。 考虑到沙推测次主要布置在汛期，特别是与悬颗、床沙配套测验，非汛期因沙量较小，可在汛前和汛后各施测一次，以便了解低沙时期河底走沙情况。 4.2 卵石推移质 受上游水利工程兴建及运行影响，卵推输沙量一直呈不断递减趋势，根据资料统计，20042007年卵推量递减幅度约93.2%，20102011年推移量为0。年内变化由主汛
12、期69月逐渐趋于0。 目前卵推测验主要按照过程线法布置测次。近几年卵推测次一般约30次，真正实测有量的测次较少，施测卵推起推量和结束量的测次过多。部分测次在实测卵推输沙量为0时，其相应流量从25000m3/s逐步靠近30000m3/s，说明三峡工程的兴建和运行对卵推的起动流量有一定影响。 卵推测验方式和测次优化原则如下：洪水开始和结束时，流量小于30000m3/s各施测1次卵推，以确定卵推量的临界点；洪水过程中，当流量小于30000m3/s只施测1次临界点；卵推输沙率小于0.5kg/s时，每周1次，保证一次沙峰过程不少于3次。 5 结论 综上所述，只有精确的水文测验，才能提供精确的水文数据，只有精确水文数据，才能给防汛减灾部门提供准确的决策依据，为此提高水文测验工作尤其重要。同时，尽可能引进在线监测仪器设备，随时掌握水沙变化情况，提高单测次质量，减少测验误差。 参考文献： 1陆卫民、潘仁红.广西水文站受工程建设影响后水文测验探讨J.水利水文自动化.2008（03）. 2杜定强.水利工程对水文站水文测验影响探讨J.中国新技术新产品.2011（21）.第 7 页 共 7 页
