生态建设项目对都衙水文站水文监测的影响分析

郑 灿

（河北省保定水文勘测研究中心，河北 保定 071000）

1 工程概况

涞水县拒马河大沙地断面上游河流岸线自然生态缓冲带建设项目位于涞水县拒马河北京与河北界桥大沙地断面上游6 km，1#湿地工程采取“水平潜流人工湿地+表面流人工湿地+水平潜流人工湿地”的布局形式；2#湿地工程采取“调蓄塘+水平潜流人工湿地+表面流人工湿地”的布局形式；3#湿地工程充分利用沟道阶梯式的地势变化，采取5 级“表面流人工湿地”的布局形式。项目位置，如图1所示。

图1 项目位置

北京与河北界桥至北峪河流缓冲带采用格宾石笼进行防护；狼儿河村至北大河沿线各村庄入河口左岸采用格宾石笼进行防护，右岸及都衙水文站处采用格宾石笼护垫进行防护。工程建设的目的是保障拒马河水质，净化周边汇入的初期雨水和农田退水，形成完备的生态缓冲带，构建良好的湿地生态环境。

2 水文站概况

都衙水文站始建于2008 年1 月，控制流域面积4 450 km2，为海河流域大清河水系拒马河上的国家基本水文站，承担着断面上游洪水的观测、报汛任务。拒马河全长270 km，其中都衙以上主河道长180.5 km，河道纵坡为4.5‰，流域平均宽度为24.3 km。

都衙水文站主要监测项目包括水位、流量、水温、降水量、水质等水文要素。都衙水文站位置，如图2所示。

都衙水文站测验河段位于涞水县都衙村，顺直段长约200 m，为宽浅河槽，右岸为山石。基本断面以上80 m 处有石坝1 座。上游约80 m 处右岸有渠首工程1处，截流引水。

都衙水文站测验河段的河床由砂卵石组成，中水、低水冲淤变化不大，特大洪水时右岸有冲淤现象。都衙水文站主河道测验断面设于2010 年6 月，基本断面以下250 m 处向左弯曲，冲淤变化较大，主流偏于右岸。

3 水文分析计算

3.1 中高低水划分

依据都衙水文站测站任务书流量分级，低水流量小于18 m³/s，中水、高水流量大于18 m³/s。低水时，根据测流槽建立水位流量关系单值化曲线实现在线推流。中水、高水时，流量大于18 m³/s、小于200 m³/s，采用缆道悬杆流速仪测验；流量大于200 m³/s、小于1 180 m³/s，采用缆道雷达波在线测流系统测验；流量大于1 180 m³/s、小于2 980 m³/s，采用雷达波测验，影像测速仪辅助；流量大于2 980 m³/s（洪水），采用电波流速仪施测或根据水位流量关系曲线推流。

3.2 冲刷分析计算

河道冲刷采用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）平顺护岸的冲刷深度公式进行计算。

泥沙起动流速计算公式如下：

式中：Uc为泥沙起动流速（m/s）；H0为冲刷处水深（m），取3.53 m；d50为床沙的中值粒径（m），取0.02 m；γs，γ分别为泥沙与水的容重（kN/m³），其中水的容重为9.8 kN/m³、泥沙的容重为17.9 kN/m³。

近岸垂线平均流速计算公式如下：

式中：Ucp为近岸垂线平均流速（m/s）；U为行近流速（m/s），取2.82 m/s；η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡夹角查表取值，详见表1，取3.00。

表1 水流流向与岸坡夹角关系

局部冲刷深度计算公式如下：

式中：hs为局部冲刷深度（m）；n与防护岸坡在平面上的形状有关，n=1/4～1/6，取1/4；其余变量含义及取值同上。

上述公式中，床沙的中值粒径、冲刷处深度和行近流速均为2012 年水文实测资料。通过式（1）—（3），计算得泥沙启动流速Uc为0.34 m/s、近岸垂线平均流速Ucp为4.23 m/s、局部冲刷深度hs为3.08 m。

4 影响评价

4.1 对河势的影响分析

都衙水文站附近河道经多年冲淤演变，河床形态已基本稳定。项目建成后，河道行洪主流流向基本不会改变，但工程施工期间缩窄了附近河道主槽，对上下游河段河势稳定有一定影响。

4.2 对测验河段及测站控制的影响分析

涞水县拒马河大沙地断面上游河流岸线自然生态缓冲带建设项目位于都衙水文站上下游各20 km河道管理范围内，低水期工程施工将造成河道过水断面缩窄，进而对水文测验断面产生严重影响；断面控制和河道控制情况发生改变，使测验河段流速、河床坡度及水面比降均发生变化，流速横向分布与断面形态、河道形势等各项因素也发生了变化[1]。中高水期，工程施工造成的影响较小。历史资料和近年实测资料大部分均为低水期水位流量资料，为保证资料连续性需要调整基本测验断面。

4.3 对水文设施设备的影响分析

涞水县拒马河大沙地断面上游河流岸线自然生态缓冲带建设项目建成后，中高水期水文监测方式与设施设备几乎不变，但低水期水流形态发生改变，现有水文测验设施设备无法满足日常测验需求，因此需对都衙水文站测验断面现有设施设备进行改善。

4.4 对水文测验的影响分析

中高水期，现有测报方案与应急测报措施可满足日常测报要求，但低水期因工程施工造成上游水域受到回水作用致使水位抬升，测验河段流速、河床坡度及水面比降均发生重大变化，导致水位观测变得复杂[2]，需增加测次。因对应的水位-流量关系变化显著，需重新率定水位-流量关系进而定线推流[3]。

4.5 对水文情报预报的影响分析

都衙水文站的报汛任务有峰顶流量、实测流量等，水情信息要在15 min 内报出。中高水期峰顶流量根据实测峰顶水位在拟定的高水报汛曲线上推求，但低水期因水位-流量关系的变化会使原有报汛曲线受到影响。因此，本项目的实施将对都衙水文站的水文情报预报产生影响。

4.6 对水文数据资料的影响分析

通过以上分析可知，项目建设对都衙水文站流量、水位等监测产生影响，导致都衙水文站测验断面需要调整。测验断面调整后，由于测验条件的变化，水文资料系列的连续性、一致性将受到一定影响[4]。为了分析水文资料的连续性和一致性，应再次修订都衙水文站测站任务书和洪水测报方案，加密各水文要素的测次，加大水位、流量以及各水文要素变化的资料整编工作量，使都衙水文站水文资料在站整编、审查、汇编等各阶段的工作量增大[5]。

5 结论与建议

（1）涞水县拒马河大沙地断面上游河流岸线自然生态缓冲带建设项目位于都衙水文站水文监测环境保护范围内，工程实施对都衙水文站测验河段、测验断面、设备设施、水文测验、水文情报预报和水文数据资料等均产生影响。

（2）项目建设对水文站监测环境和水文资料系列的影响较大，对水文要素的影响是全方位的，包括水位、流量等及其之间的相互关系。对水文规律产生的影响，需要通过修订水文测验技术方案，增加水位、流量测次，修订预报方案，加强水文资料整编等手段进行补救。

（3）项目建设单位应与水文部门保持联系，落实因项目建设对水文站水文监测造成影响的补救措施，妥善处理好项目建设与水文站水文测报工作的相互关系，确保水文测验工作的正常进行。

（4）工程施工应安排在非汛期，以确保都衙水文站测验安全。

（5）应对工程施工期间的水文要素进行监测，完善水量调查资料，考证建设项目基本情况，查清其分布及变动情况。在水文资料整编过程中，应编制流量资料整编说明表，并对整编成果进行全面合理性检查，保证成果合理可靠[6]。加强对调查和收集资料的整编，对项目的水文调查资料和项目相关的水文整编资料应纳入整编资料中刊印。都衙水文站完成断面整治后，应对工程运行后的水文数据进行系统分析，若形成两个系列应建立两个系列数据的相关关系，并进行水文资料数据的一致性处理。