城市建设对水文测验环境的影响与对策探究

2014-01-29柏正林尹家星夏汇彬

中国水利 2014年9期

柏正林，尹家星，夏汇彬

（1.安徽省滁州水文水资源局，239000，滁州；2.安徽省滁州市水利局，239000，滁州）

近年，随着安徽省滁州市城市建设步伐加快，涉河工程建设对河流自然环境、水流特性的影响日趋严重，不仅给水文测验工作开展造成困难，还对水文测验资料代表性、一致性造成影响。以滁州站测验河段为例，针对城市建设影响河段水文测验环境问题进行分析和对策探究，提出有关建议。

一、测验河段城市建设工程现状

清流河属长江流域滁河水系，为滁河左岸最大支流，全长92.5 km，流域面积1318 km2。清流河于滁州市区中部穿过，在市区河段设立有滁州水文站，控制流域面积1056 km2。滁州水文站功能为清流河控制站，研究降水径流规律，为滁州城区防洪、水资源开发利用及滁河流域规划治理服务。

滁州为省辖地级市，是“南京都市圈”核心层和“皖江城市带”北翼城市。随着经济快速发展和“大滁城”建设的开展，沿河城市建设工程措施不断加强。自滁州水文站流量测验断面上游约2900 m至下游约3300 m河段，建设了城市高架桥3座，清流河景观工程（橡胶坝）1座及污水处理厂（一期）工程。为提高城市防洪标准，近年实施了河道治理工程措施，建设了城市防洪撇洪沟工程。此外，中国大唐滁州发电厂、滁州华能热电厂工程取水口工程将建设完成。

二、城市建设对水文测验环境的影响分析

1.跨河桥梁工程改变了断面水流特性，影响测验安全及资料精度

跨河桥梁工程建设改变了断面水流特性,影响测验安全及资料精度。桥梁建于测验河段，由于桥墩阻水，约束河道，桥址上游产生雍水且在桥址上下游产生水位落差。同时桥墩周围水流脉动，产生复杂流态。另外，由于桥墩轴线常与水流方向不一致，桥墩挑流，使断面水流撇向一侧河岸。该站断面上游有两座桥梁，下游有一座桥梁，测验断面处于桥梁累积挑流、壅水影响区域。因此，桥梁建设使断面水流特性复杂化。此外在洪水期，桥墩往往引起漂浮物集结，过多的漂浮物流向断面时，可使测验仪器损坏,甚至可以使测验设施整体损坏，影响资料精度与测验安全。

2.景观工程（橡胶坝）建设改变了断面控制条件，增加测验难度

橡胶坝主体工程布置于河道河槽内，泄洪节制闸位于右岸滩地。坝址处河槽底平均高程3 m，工程设计蓄水位9.5 m，高于河槽底约6.5 m。橡胶坝设计蓄水位运行条件下，滁州站测验断面位于深水库区。由于断面控制条件破坏，致水位流量关系紊乱，流量测验难度较大。从滁州站2012年8月29—9月28日实测水位流量过程线分析，泄洪节制闸关闭期，坝上蓄水，水位升高，但断面流速很小。泄洪节制闸开启期间，水位降低，但流速急剧增大，流量增大。断面水位与流量变化趋势几乎相反，由于水流关系复杂，即使大量增加流量测次，也不能满足水文测验及资料整编精度要求。

3.河道治理工程改变河槽控制特性，对资料系列代表性、一致性产生影响

清流河滁城段现状防洪能力不到20年一遇，按照50年一遇提高标准实施整治。采取河道疏浚、扩大行洪断面、堤防退建、堤防护岸、新建防洪墙等工程措施，以增大行洪能力、降低洪水位。河道治理改变了测验河段特征参数，使河槽原有水力控制特性改变，断面控制特性发生变化。因此，河段测验环境改变，除使断面水位流量关系变化外，还将对水位、流量资料系列代表性、一致性产生影响。

4.污水处理工程、发电厂取水工程及撇洪沟工程改变测站径流特性

城市防洪撇洪沟工程：城市防洪撇洪沟工程建成后，部分山洪由撇洪沟从断面以下入河。其分流作用改变了洪峰流量及洪水过程，并使年径流量减少。根据计算，清流河发生20年一遇和50年一遇洪水时，撇洪沟分洪峰流量分别为 60 m3/s、70 m3/s，约占断面流量的6%。

污水处理厂工程：滁州市污水处理厂建成运行，断面实测径流量减少。根据1958—2012年实测径流量资料统计，滁州站多年平均径流量2.83亿m3。污水处理厂现状(工程一期)年处理污水量1800万m3，占滁州站多年平均径流量的6.5%，二期工程实施后年排污水量（5500万 m3），占多年平均径流量的19.4%。

电厂取水口工程：电厂取水除减少断面流量外，对低水流量特性影响较大。上游发电厂设计取水流量1.36 m3，使年径流量减少2530万m3。建于断面下游的滁州华能发电厂取水使断面流速增大。上游大唐滁州发电厂取水致断面流量减小，枯水季节还明显改变流向，出现负流量。

三、对策探究

1.测站择机迁建

根据水文测验规范要求，流量测验河段应布设在具有测站控制条件良好的地方，尽量满足水位流量关系的稳定。鉴于滁州站控制条件受工程现状影响，应择机迁建。根据勘测,建议迁于橡胶坝工程附近河段。测流断面布于橡胶坝下游,基本水尺断面设立于橡胶坝以上。橡胶坝工程底板高于河底3m以上，中高水时会提高断面控制特性，改善水位流量关系。此外,水位监测断面布于坝上，可以减少下游汊河集闸调度运行影响。

2.建设辅助测流断面，监测中低水流量

橡胶坝上蓄水、泄水，其调度运行对流量测验造成困难。橡胶坝蓄泄期间,成为良好的水工建筑物，可以在橡胶坝工程下游设立辅助测验断面，用于监测泄水及中低水流量。辅助断面布设后，采用流量系数法或临时曲线法推求，部分时段采用连续实测流量过程线法推算流量。

3.加密流量测次

在测站迁建前，采用增加水位、流量测次的方法来提高测验精度与资料整编精度。中高水以水位为相关因素，采取连时序法推流，低水采用连实测流量过程线法推流。加密流量测次，满足推流和资料整编要求。水位观测采用自记水位计，实现水位变幅内全过程自录。会同橡胶坝工程管理部门，建立工程调度运行通报制度，准确把握测流时机。

4.改进低水测验方法

探索流量系数法测验推流：根据流量测验与整编规范，受工程影响的水文站可以采取流量系数方法进行测验推流。辅助断面建设后，同步监测橡胶坝工程上下游水位、坝下流量，探究流量系数推流办法。根据不同水位级合理布置流量频次，探究流量相关因素，率定流量与相关因素系数线。

引进新仪器、新设备：应积极引进新仪器新设备，如使用走航式声学多普勒剖面流速仪进行流量测验，能有效地解决流量测验历时长影响流量测验精度的问题，应用水平式声学多普勒流速仪，不间断地进行断面流量要素监测，通过部分流量要素与断面流量要素建立数学模型，进行断面流量推算，达到流量实时在线监测的目的。采用雷达电波流速仪可以减少河道漂浮物对测验设施干扰影响，提高应急、超标洪水的监测能力。

5.水文调查与基本测验相结合

当基本断面和辅助断面还不能完全代表天然河流来水时就要进行水文调查工作。应开展沿河发电厂工程实际取用水量及过程调查整理登记；对污水处理厂排污水量调查，了解排水量及过程；洪水期在城市撇洪沟设立临时流量断面，进行来水量监测，分析来水对河道洪水量及洪水过程的影响；测绘橡胶坝工程以上河道库容曲线，分析年月库容变量，进行年库容变量、年径流量、年径流深度、年径流模数计算。

6.开展水文巡测

开展水文巡测工作,改变传统驻守一处断面的测验手段。机动灵活开展多断面巡测，进而取得水文数据,补充水文定位观测不足。特别在水情测报紧急或测验设施受到限制时，可以选择在断面上游清流路桥梁上采用桥测车或手持流速仪测流，或在清流桥至断面之间河段布置临时测流断面，直接利用水中漂浮物作为“浮标”伺机抢测洪峰流量。