卧虎山水库下游河道断面自动测流方案分析

张克峰 马波

摘 要：通过适宜河道的整治，建设测流堰槽，采用先进的现场监测设备及远程中心管理设备，实现出库水量等多种水文信息的采集、计算和记录，以达到出库流量准确、及时监测的目的。采用固定ADCP（河底式）法，对卧虎山水库下游河道进行测流。声学多普勒流速仪进行水深和底面流速的测量，雷达表流速仪进行表面流速的测量，测量数据再进行分析、计算，汇总得出瞬时流量和累计流量。

关键词：水库;河道;自动测流;流量监测

中图分类号：P332 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0087-02

1 水库基本情况

卧虎山水库位于济南市南部山区，距市区10公里，在锦绣川、锦阳川、锦云川汇流处的玉符河上游，属黄河水系。水库建于1958年，历经初建、改建、扩建、续建、除险加固和增容工程达到现状规模。水库流域面积557km，总库容1.2亿立米，是全市唯一的大型水库。水库主要功能是防洪、生态补源、城市供水和农业灌溉。水库枢纽由大坝、溢洪道、放水洞三部分组成。

因水库下游河道没有水文监测系统，难以进行水库流量实时监测。目前采用的门开启度流量关系法，监测繁杂，实时性也差。建设水库实时流量监测系统，通过适宜河道的整治，建设测流堰槽，采用先进的现场监测设备及远程中心管理设备，实现出库水量等多种水文信息的采集、计算和记录，以达到出库流量准确、及时监测的目的。

并可以及时、准确地向水行政主管部门提供水情，促进水库的安全运行，有利于实现水资源的优化配置，促进济南市经济可持续发展。

2 测流段选址

根据《河流流量测验规范》要求，河段宜选在顺直、稳定、水流集中区域，无分流岔流，斜流、回流、死水等现象。顺直段长度应大于洪水量主河槽宽的3倍。

根据下游河道现状情况，溢洪道前段受基岩（基岩有溢洪道消能的作用）影响，基岩开挖不现实，无法解决分流、回流现象。溢洪道下游邻接河道为生态河道，已形成景观河道，进行改建投资成本太高，分流现象也不好改变。溢洪道后段成为唯一可选择的河段，此河段受冲淤影响，只需进行开挖、回填平整，再建设浆砌石挡土墙，即可形成较平顺的堰槽，可进行流量监测，满足测流功能。经比选，于溢洪道0+370～0+520段，进行测流河段的建设。

3 测流方案

3.1 明渠流量计的测流方法

（1）明渠测流方法从原理上可分为两大类：水位法与流速面积法。

1）水位法。水位法是通过测量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并经经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。是水位计加辅助的工程建筑物的总称。

辅助的工程建筑物主要有：量水槽（巴希尔槽、无喉道量水槽等）、量水堰（薄壁堰、三角堰、宽顶堰等）、标准断面（指顺直的规则断面）、闸孔涵洞。

水位计主要有：超声波水位计（接触式）、超声波水位计（非接触式）、浮子式水位计、压力式水位计、雷达水位计、磁伸缩水位计、水尺（人工读数）。

2）流速面积法。流速面积法通过测量过水断面面积（过水断面面积是通过测量的水位来换算求得的）与断面流速来求得流量。方法有：①声波时差法：测量线流速，分单声道法与多声道法。②超声波多普勒法：测量局部面流速，分为ADCP法（适合宽渠道，有固定与走航式两种）与普通多普勒法（适合宽20m内渠道）。③流速仪法：测量点流速，人工手动测量。

按渠道宽窄具体使用以下方式：

a）窄渠道（一般宽度在20m以下）：普通多普勒法（纵向发射），精度29%;时差法流量计，精度2%;流速仪法（比较可靠，现场率定用）。

b）宽渠道（一般宽度在20m以上）：固定ADCP法（横向发射）;多普勒走航式明渠流量计;时差法明渠流量计;流速仪法（比较可靠，现场率定用）。

（2）测流方法比较。水位法是通过测量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并经经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。因此水位法流量计需要修建量水建筑物，且精度不高，当河道沿程水头差较小时，量水建筑物会产生水头损失而影响渠道过水;另一方面当量水建筑物下游附近建有闸门等挡水建筑物时会在量水建筑物处形成淹没出流，此时测量精度会大幅下降。水位法一般应用于宽度比较小或流量比较小的渠道，宽度超过1m时，量水建筑物造价会增加很多，而此时不做量水筑物直接用河道的水位流量经验关系曲线测流时精度会很低。

流速面积法通过测量过水断面面积（过水断面面积是通过测量的水位来换算求得的）与断面流速来求得流量，并且精度高，且不受下游顶托水的影响。

（3）测流方法选择。根据水库下游溢洪道的现场考察和对不同测量方法的优缺点、适应范围等的对比，考虑到水库出水口宽度在70m左右，本次测流方法选用面积流速法，修正测流河道断面，架设测流桁架，桁架安装自动测量设备，通过计算机或无线进行控制实现自动测量。

3.2 测流方案

对固定ADCP（岸墙式）法、固定ADCP（河底式）法、固定流速仪法、移动流速仪法四种测流方案进行比选（如表1所示）。

本项目所测流量变化较大，常规流量为20-50m3/s，汛期流量可达200m3/s，且水位变化较大，水位为0.3～2.3m：本项目的测流要求为即时、准确测流，且可长时间测量。

固定ADCP（岸墻式）法，受水位变化影响，测量会有盲区，误差也较大，无法达到流准确的要求。

移动流速仪法测速较慢，且可靠性较差，虽较便宜，但实用性较差，无法满足测流即时、准确的要求。

固定流速仪法，价格较高，前期可靠性较好，但此等测流仪器长时间使用后，后期设备使用故障率较高，可靠性也相应降低，无法满足测流即时、准确的要求。

固定ADCP（河底式）法，价格经济，多普勒流速仪与雷达表流速仪配合测流，实用性较好，可以满足测流即时、准确的要求。

4 测流方案的选定

综上，采用固定ADCP（河底式）法，对卧虎山水库下游河道进行测流。声学多普勒流速仪进行水深和底面流速的测量，雷达表流速仪进行表面流速的测量，测量数据再进行分析、计算，汇总得出瞬时流量和累计流量。

参考文献

[1] 林祚顶.水文现代化与水文新技术[M].中国水利水电出版社，2008.

[2] 蒋建波，梁军，吴昊，等.中小河流水文测流选配方案分析[J].江苏水利，2005（8）：33-34+37.