滕州水文站水文测验受工程影响分析

李 珂 朱 祥 孙友和 张亚男 万 珂

水文工作是水利及一切与水资源有关联的国民经济建设、社会发展所必须的基础性工作，近年来受涉水工程建设的影响，天然河道的自然特性受到较大破坏，改变了河流流态和洪水水文特性，严重影响了水文测站的测算报整工作以及水文资料系列的可靠性、一致性、代表性。滕州市位于山东省南部，河网密布，涉水工程众多，水文监测易受工程影响，其中滕州水文站是当地水文站网中受工程影响最为典型的测站。本文将从水位观测和流量测验两个方面对滕州水文站受工程影响的现状、主要影响原因以及日常工作中采取的相应对策进行简要分析。

一、滕州水文站概况

1951年4月，由华东军政委员会水利部设立滕县水文站，2005年更名为滕州水文站。滕州水文站属国家基本水文站，湖东区域代表站，位于城河中游，为常年河道站。站以上集水面积605km2，其中岩马水库集水面积353km2，占总集水面积的58%。流域呈芭蕉叶形，流域总长度43.0km，流域平均宽度13.6km，流域内70%为丘陵地，浅山区和平原各约占15%。流域内现有大型水库1座，中型水库1座，小型水库32座，中小型水库总控制面积103.5km2，总库容 0.35×108m3。

滕州水文站测验河段两岸均为高地及人工砌石挡水墙，断面总宽度约120m，主河槽宽81.6m。断面上游235m为荆河橡胶坝（坝长90m，坝高3.0m），上游2400m为洪村橡胶坝（坝长80m，坝高3m）。断面下游20m处建有一座浆砌石溢流堰（堰长79m，堰高 2m，堰顶高程 63.30m），下游1800m为城南橡胶坝（坝长116.5m，坝高2.5m）。

二、水位观测受工程影响分析

1.洪水期水位变幅，水位涨落率均有所减小

水位变幅影响可根据日、月、年实际观测资料分析计算，水位涨落率宜按6～30min的实际观测水位最大变幅除以相应时段长得到的水位涨落率与受工程影响前的相似洪水最大水位涨落率比较分析进行判别。经过对本站逐年洪水期实测水位资料分析计算发现，滕州站洪水水位变幅及水位涨落率随水利工程的逐年增加均有明显减小的趋势。主要是受上游岩马水库的调洪削峰影响，以及近年来断面上游新建了大量的拦蓄工程，洪峰到达测站断面时已经过层层削减，不论是水位变幅还是水位涨落率均有所降低。

2.水位记录失真，水位极值代表性差

受上游水利工程调洪影响，本站水位记录已无法真实反映洪水的天然变化过程，水位记录明显失真。由于距上游荆河橡胶坝较近，汛期洪峰流量不大时，洪峰水位不一定即为当日、当月水位最高值，极值有可能出现在上游荆河橡胶坝快速升、落坝期间。同样，年水位极值有可能出现在非汛期上游水利工程调整库容的期间，由此可见，水利工程已逐渐成为测站水位变化的主要影响因素之一。在水位资料整编时应特别注意，洪水期日平均水位不能代表水位变化过程的水位站应编制洪水水位要素摘录表，考虑到滕州站为河道站，兼有水位和流量测验任务，可结合流量变化过程编制洪水水文要素摘录表。

3.水位观测设施设备影响及水位测验整编方式的转变

为更好地控制水位变化转折点，测记更为完整的水位变化过程，滕州站目前采用人工和自动监测相结合的方式观测水位。根据规范要求，测站应根据水位观测的任务、要求及河流特性、河道地形以及水位变幅、涨落率等情况，选择合适的自记水位计。结合测验河段实际情况，经过对不同类型的水位监测设备进行对比分析，最终确定选用灵敏度较高、可靠性较好的浮子式水位计。滕州站位于滕州市主城区内，因城市景观的需要，河道断面经过多次整治，河底高程明显降低，出现了自记水位井进水口高于现状河底高程的情况。现阶段通过施工改造降低进水口高程的难度较大，故在低水期完全采用人工观测，在自记正常使用期间，人工和自记同时观测，并视水情变化适当增加人工观测和自记校对次数，以确保能够测得完整的水位变化过程。水位资料整编时，先选用自记资料进行整编，并根据人工观测资料和水位变化趋势对自记资料进行适当精简。但是要确保处理后的水位变化过程的完整性，确保经处理以后计算的日平均水位与采用所有数据计算日平均水位相差不超过2cm，除此之外，处理后的水位变化过程还应满足推求流量的要求。

三、流量测验受工程影响分析

1.低水测验影响较大，测验断面无法固定，测验方法多变，测次明显增加

受上游橡胶坝及基下20m溢流堰蓄水影响，低水期断面流量小、水深大、水面宽，最大水深超过2m，水面宽度大于70m，断面平均流速很低，基本水尺断面处已无法开展正常的流量测验。根据规范要求，测验河段宜选在石梁、急滩、弯道、卡口和人工堰坝等易形成断面控制的上游河段。且低水期因景观用水需要，基下1800m城南橡胶坝升坝蓄水，堰下断面同样出现水深大，水面宽，流速小的情况，故只能考虑在溢流堰上游寻找合适测流断面。经多次测流试验发现，低水期可优先于基上180m荆河桥混凝土底板进行流量测验，该测流断面平均水深一般大于0.16m，可利用流速仪悬杆涉水施测，水流平稳时流速仪测法方便、快捷且精度较高。当流量稍大，或荆河橡胶坝落坝放水时，由于该测流断面距橡胶坝较近，流速随流量的增加而迅速加大，水流变得紊乱，人员难以站立，无法继续涉水施测。若改用测流车或ADCP施测，断面水深相对较浅，很难保证测验精度，故改为于基上600m茂源大桥利用ADCP或者测流车施测流量。茂源大桥位于荆河橡胶坝上游，受荆河橡胶坝蓄水影响，水深一般大于1.0m，利用ADCP或者测流车施测流量比较方便，流量成果精度较好。

现阶段滕州站低水流量测验受工程影响较为严重，测验条件改变较大，不同断面测验精度有高有低，靠迁移断面等传统方法也很难找到合适的断面。目前只能是根据水位级变化增设不同的测验断面，并视水流情况适当增加流量测次。需要注意的是应尽量避免在上游工程调节及水流波动剧烈期间进行流量测验，可在调节结束后或水流平稳持续时间较长、测验精度受调节影响较小的时段内进行。除此之外，还可考虑在今后测验中尝试使用水平式ADCP、底座式ADCP等较为科学实用的河流在线流量监测方法。

2.水位流量关系影响及定线推流方法的选择

要使水位流量关系保持稳定，必须在同一水位下，断面面积、水力半径、河床糙率、水面比降等因素均保持不变，或者各因素虽有变化，但对水位流量关系的影响能相互补偿。滕州站基下20m浆砌石溢流堰的堰高、堰宽固定，两岸断面相对规则，易形成断面控制。同时，受上游水利工程拦蓄影响，水流含沙量低，断面受冲淤影响较小，河底比降相对固定，有利于形成较为稳定的水位流量关系。下游城南橡胶坝正常蓄水位与溢流堰堰下消力池等高，因有溢流堰相隔，下游橡胶坝正常升落坝对断面不产生变动回水影响，过水流态为自由式堰流，水位流量关系点理论上应较为密集，分布呈明显带状，符合水位流量关系单一曲线的基本走势。但在水位流量关系图上，关系点子的分布还受测验误差、水力因素变化的影响，甚至会造成假象，在分析时要力求将水力因素的变化和测验的误差或问题的影响分辨清楚；要很好地了解测站河流特性和测验工作情况、误差幅度，深入细致地进行分析。

根据实测流量成果，点绘水位流量、水位面积、水位流速点据，通过点群中心，分别勾绘出相应的3条平滑关系曲线，使测点均匀地分布于曲线两旁，并使曲线尽可能靠近测验精度较高的测点。从关系曲线图中可以看出，大多数测点与平均关系曲线的偏离不大，同水位曲线上查得的流量近似等于面积与流速的乘积，但仍有部分测点偏离超过±5%。对偏离测点的断面位置，测时水位、水流情势等进行研究分析发现：当上游荆河橡胶坝坝高不变，测验断面相对固定的时段内，测点水位流量关系较好；在橡胶坝坝高变动或受其他人为因素影响，测验断面无法固定的时段内，水位流量关系较差。综合滕州站现状水位流量关系情况，决定采用临时曲线法和连时序法相结合的方式定线推流，水流相对平稳时期采用临时曲线法推流，其他时间采用连时序法推求。

四、结语

近年来随着涉水工程的兴建，水文测验受工程影响日益严重，滕州水文站驻站人员正视存在问题，改变传统测验观念，针对测站上下游工程现状，认真分析主要影响原因，依据相关测验整编规范提出了具体的应对策略。通过调整测验断面，增加流量测次，改变测验、整编方法，制定具体的测验方案，滕州水文站目前可较好地完成日常水文测验整编工作，但这并不能从根本上解决受工程影响的水文测验问题，必须采用新技术和其他测验方式代替现行测验方式。建议相关部门尽快制定更为详细的受工程影响的水文测验规定，积极推广运用各种水文新方法、新技术，为解决现行测验问题提供更多、更好的技术支持