分析高水位小流量的水文测验方法

2015-01-01向大春宁夏水文水资源勘测局固原分局

大陆桥视野 2015年18期

向大春/宁夏水文水资源勘测局固原分局

分析高水位小流量的水文测验方法

向大春/宁夏水文水资源勘测局固原分局

水文资料是进行水文计算的基本资料，根据这些基本资料能够预测未来自然现象的变化与发展，从而提出更好的预防措施，减少灾害对经济的人员的伤害。同时水文资料测验直接影响着水利工程的精确度，水文资料在测验的工程中为了获得统一、可靠，并且具有代表性的资料，以便及时获得相关水域的实时数据信息。本研究主要分析与探讨小流量与高水位的水文有效测验方式。

高水位；小流量；水文测验

随着经济社会的发展，我国在经济发展中越来越重视环境保护和生态平衡发展，在这种发展模式要求下我国水利水电大迅速，大型核电站建设不断增多，促进国民经济向更健康模式发展。我国是一个水资源匮乏的国家，而且自然灾害标比较多，所以水文资料对我国经济建设有较大的作用。本研究主要分析与探讨小流量与高水位的水文有效测验方式。

一、高水位小流量水文产生的因素分析

一般平原区域都具有相对极为抑制的地面坡降和河道纵比降。比方说，宁夏平原为纯平原区域，其河道纵比与自然坡降大约在1/7000。目前其河道中所创建的大型拦河闸有12座，53座中型拦河闸，42座小型拦河闸，2.47亿m3的总设计蓄水量，形成能够对该区域大中小型河道进行有效控制的保税与蓄水工程体系。宁夏平原主汛期时敞开闸门，并在枯水期将其水坝工程效益充分发挥出来，以使宁夏平原城市供水与农工业生产用水需求得到满足，通常闸前具有相对比较高的水位，这样就直接影响到沿河水文站对流断面的测验[1]。如果长时间在小流量、高水位状态保持，就会导致水文测验工作的不精准。以往常规测验方法与测验设备已经不能与水量平衡计算、资料整编、分析水资源供需等要求相满足。所以，通过现代化技术和设计情况选择最佳测验方法极为有必要。

二、高水位小流量断面流速的分布特性

大多高水位小流量河道形成的原因都是长时间受闸门控制，而水文测流断面流速通常是河底流速比水面流速低，两岸边流速比中间流速低，该现象是由天然河道流速分布性质所决定的。然而，因为流量比较小，而且具有相对比较大的断面面积，通常流面之下的流速几乎为零，导致两岸边出现死水的情况，甚至还会出现逆流现象。再加上死水具有比较大的面积，根据水文测验要求，应该明确死水边界，而这优势非常麻烦的一项工作，必须在不同水深与起点通过流速仪进行多次测验，才有可能确定下来，而一次水文流量测验必须消耗相当长的一段时间，由此一方面会耗费很多时间与人力，另一方面也不能保证测验质量。

三、依照不同情况选择相对应的水文测验方式

本研究以宁夏平原为例，现阶段宁夏平原共有15处测验水文流量的水文站，除了一些受回水影响非常小的水文站外，其它水文站都会或多或少的受到下游闸门的蓄水影响，特别是在枯水时期，很多闸坝中都积存有非常多的蓄水，对该区域水文测验及应用产生非常严重的影响。

（一）调整水文测流断面

从根本上说，墨守成规，固守断面，往往会给水文测验工作带来更大的难题。而测流的主要目的在于结算清水账，对水文来龙去脉进行全面、有效的掌握，以计算水量平衡。所以，需要在基本断面周边确定最佳侧流断面，通过水工建筑物对死水逆流与边界情况进行目测，再通过流速仪法或者浮标法进行测流[2]。若上游区域有多条或者一条支流汇入，同时支流与主流开闸的时间有不同，在这种情况下，应该在不同河道中对最佳位置进行选择以创设临时断面实施巡测，再将基本断面流量推算出来，比方说，某水电站在枯水时节为了满足本区域的通航要求，其水流断面深度超过3m，面积在400m3以上。该水文区域为了能够提升宁夏平原城市供水需求，多数时间的拦河闸都是关闭的状态，而从上游流入的水分则经干渠向另一河道调度，再通过该河道的闸门进行控制，达到10m3/s的水流量，平均断面流速在0.025m/s以下，就算是采用走航式ADCP对水文实施测验，也存在较大的误差。在这种情况下，应该将临时断面创建在该河道闸下，保证其面积在100m2以下，这样不仅有助于水文测验，另一方面也为水文资料的精度提供了有效保障。

（二）通过水工建筑物行水文测验

水文建筑物测流属于比较常用的一种水文测流方式，该方法主要测量涵洞与闸门的泄流量，水文建筑物测流的主要原理在于通过对水工建筑物周边水位与水文站闸门开启程度进行有效利用，依照水工建筑物泄流公式，对泄流量进行计算。宁夏平原境内具有比较小的河道纵比，涵闸主要是宽顶堰，而很少有实用堰，加之闸门存在不一致的开高，回水会对闸下产生非常严重的影响[3]。所以，不容易进行闸坝率定，然而，通过考察水文测验资料，对最佳参数进行选择，点绘曲线，可通过三关检验的曲线，通过该方式实施直接推流。无法通过三关检验的曲线，其总体占据趋势比较显著，若无法找到最佳水文测验方式，选择该方式实施推流计算，也具有比较小的测验误差。比方说，宁夏平原某水文站，其侧流断面基本上都位于闸上，0.025m/s以下的断面流速，测量测验一方面会耗费精力与时间，而且不能确保其精度。收集该水文站近两年的调查资料发现，通过闸门水头差与闸门开高将率定曲线制定出来，尽管下部点据无法通过三关检验，然而，中上部具有非常集中的点据，而且总体趋势也比较显著，通过该曲线推流和实测断面流量就具有非常小的误差[4]。

（三）选择先进的水文测验设备

作为比较传统的一种水文测验方式，流速仪法目前被广泛应用于国内，该设备的水文技术也相当成熟。然而，高水位小流量区域具有比较小的流速，低到无法达到流速仪标定测验范围，一些条件比较好的水文测验站就会选择更为先进的水文测验方式，现阶段具有较为广泛推广应用的水文测验设备为ADCP（超声波多普勒水流剖面仪），该设备主要分为漂浮式ADCP与走航式ADCP，船上大多安装的是船载走航式ADCP，通过测验断面船横穿河道，将断面流量与形状测验出来。而漂浮式ADCP则能够在水面中自由漂浮，通过侧船牵引对横穿河道进行测验，有助于完成水文测验工作。然而，ADCP水文测验设备具有非常昂贵的价格，这对与水文站来说也存在一定困难[5]。1998年美国某仪器公司开发生产的H-ADCP（超声波多普勒测试测流仪）便于安装，而且可靠性比较高，价格也比较低，可以对水文进行在线测验。然而，该设备只选择某层流速对断面流速进行估算，导致测验误差比较大，同时也会影响到率定与数学模型的构建。所以只可以在具有稳定断面规则、较小水位变幅以及较小水位宽度的断面中应用。