孫明元　黃晶晶　葉坤

摘 要：水電站施工期水位流量關(guān)系受多種因素的綜合影響，呈現(xiàn)出不規(guī)律的特點。施工期壩址附近水位流量關(guān)系分析對水電站施工和調(diào)度運行以及電站防洪預(yù)案的編制、水文資料整編、電站可能發(fā)生的設(shè)計變更都具有非常重要的意義。文章以西南某水電站工程施工期水位流量關(guān)系為例，通過成因分析，分析了可能造成水位流量關(guān)系發(fā)生變化的主要因素，為水位流量關(guān)系定線找到了合理的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水位流量關(guān)系；施工期；影響因素

1 基本情況

工程專用水文站自2011年3月9日起開始收集水位、流量資料，流量采用流速儀法或走航式ADCP測驗。水文站位于壩址下游約2.4km處右岸山前階地，區(qū)間無支流匯入，測流斷面位于兩彎道之間，河流順直長度約1km，單式斷面，河段控制條件良好。定線時段內(nèi)工程處于大壩建設(shè)期，河水自壩上庫區(qū)流經(jīng)導(dǎo)流洞至下游河道。

2011年4至10月水位流量關(guān)系點呈窄幅帶狀分布，不滿足單一曲線定線要求，分析發(fā)現(xiàn)8月6日后水位流量關(guān)系點由穩(wěn)定單一曲線逐漸向右偏移，具體表現(xiàn)為相同水位下流量明顯增大。4至10月實測水位流量關(guān)系點分布圖見圖1。

選擇2次水位接近的實測流量資料進(jìn)行分析，見表1。

同水位級測驗斷面面積變化較小，略有沖刷。9月3日斷面平均流速與斷面最大流速成果明顯偏大，導(dǎo)致流量偏大10%以上。

2 水位流量關(guān)系主要影響因素

影響水位流量關(guān)系的因素可以分為單次測驗成果影響因素和河槽控制條件兩個方面，分析其主要影響因素對水位流量關(guān)系定線合理性檢查具有非常重要的意義。測驗時段內(nèi)引起水位流量發(fā)生不穩(wěn)定變化的主要原因可能為：

（1）修改ADCP盲區(qū)參數(shù)影響實測流量成果。8月12日起，變更 ADCP的盲區(qū)參數(shù)，由原來的WF10改為WF25。

（2）下游回水頂托。水文站流量測驗斷面距河口17.6km，干流水位上漲造成回水頂托現(xiàn)象，影響斷面流量。

（3）斷面沖淤變化。8月初，測驗河段出現(xiàn)較大洪水過程，8月6日，實測流量為624m3/s，斷面沖淤變化影響實測流量。

（4）工程施工活動影響。上下游圍堰合龍后，壩上庫區(qū)形成，改變了河道的天然形態(tài)，庫區(qū)蓄水通過導(dǎo)流洞泄入下游河道，庫區(qū)對洪水起到了一定的調(diào)蓄作用。導(dǎo)流洞下游一公里范圍內(nèi)，兩岸及河槽中有大量工程開挖后形成的棄土、棄石，導(dǎo)致河水流態(tài)紊亂。洪水沖刷以及壩下游河床開挖、施工等，都會導(dǎo)致河段控制條件發(fā)生變化，從而影響水位流量關(guān)系。

2.1 修改ADCP盲區(qū)參數(shù)對實測流量的影響分析

斷面流量采用1200KHz ADCP GGA模式測驗，ADCP上盲區(qū)參數(shù)直接影響斷面實測部分流量，間接影響上盲區(qū)流量插補(bǔ)，從而影響斷面總流量。8月12日第28次流量開始，盲區(qū)參數(shù)由WF10改為WF25。“瑞江”系列1200KHz ADCP命令參數(shù)列表如表2。

9月3日，在相同水位條件下，分別設(shè)置不同的盲區(qū)參數(shù)后進(jìn)行流量比測，對比實測流量成果，見表3，WF改變后，ADCP測得的流量值差別很小，WF參數(shù)變更對實測流量無影響。

2.2 回水頂托影響分析

水文測驗斷面距下游出口17.6km，調(diào)查發(fā)現(xiàn)下游干流在7、8、9三個月持續(xù)高水位，斷面水位流量關(guān)系可能受下游干流回水頂托影響。

點繪水文站～出口站（出口上游4km）2011年6、7、8三個月份的水位～落差關(guān)系圖（兩站基面不同），如圖2。表明同水位級8月份落差均比6月、7月小，若水位流量關(guān)系受下游回水頂托影響，同一水位流量應(yīng)減小，這與實際情況不符，考慮到測流斷面距出口較遠(yuǎn)，且河道縱比降較大，可以斷定測驗斷面不受回水頂托影響。

2.3 斷面沖淤變化影響分析

測驗斷面位于山前階地，砂質(zhì)河床，河段比降較大，水流湍急。斷面沖淤變化可能會對水位流量關(guān)系造成影響。

從6月25日至9月27日共8次ADCP實測流量原始資料中提取固定垂線水深數(shù)據(jù)，整理后繪制河底高程變化圖，見圖3。表明測驗斷面河床相對穩(wěn)定，8月6日洪峰經(jīng)過時，右岸部分河床沖涮，但沖刷面積較小，河底高程變化最大處的變化量不足0.5m，沖淤部分寬度大約20m，沖刷面積為10m2左右，僅為斷面總面積的4%，且4～9月水位～面積關(guān)系良好，見圖4，為單一關(guān)系。表明斷面沖於變化不是同水位流量發(fā)生變化的主要影響因素。

2.4 水電站施工活動影響分析

2.4.1 基本情況介紹

水電站大壩施工階段庫區(qū)水位抬升后通過導(dǎo)流洞流入下圍堰下游河，原有的天然河道水力特性因工程施工而發(fā)生變化。導(dǎo)流洞入口上游為導(dǎo)流明渠，長約480m，導(dǎo)流洞長531m，為減緩導(dǎo)流洞流出的湍急水流對河道岸坡的沖刷，下游河道兩岸均進(jìn)行了拋石護(hù)岸，汛前導(dǎo)流洞出口順?biāo)鞣较蛴幸坏郎车[石棄土堆積而成的丁字壩，自導(dǎo)流洞出口右側(cè)小角度向河心延伸約60m，對導(dǎo)流洞流出的湍急水流起到一定的阻水消能作用，7至9月共出現(xiàn)三次較大的洪水過程，見表4。洪水通過前后丁壩形態(tài)發(fā)生明顯變化，可能導(dǎo)致河段控制條件發(fā)生變化，從而影響水位流量關(guān)系。

2.4.2 河槽特性變化情況分析

天然河道非均勻流條件下，糙率是反映水流平面形態(tài)、河道水力因素、斷面情況等綜合影響的系數(shù)。分析所用流量數(shù)據(jù)采用4月13日至9月27日水文站40次實測流量資料，水位采用測流平均時間對應(yīng)的水文站基本水尺水位及導(dǎo)流洞出口斷面水位。

△H采用導(dǎo)流洞出口斷面與水文站基本水尺斷面水位之差，L采用設(shè)計值3km，測驗斷面屬于窄深式斷面，最高水位時平均水深也不超過5m，故水力半徑R采用平均水深。

圖5表明4至9月相同水位條件下導(dǎo)流洞出口與水文站基本水尺斷面間的落差有減小的趨勢。

圖6表明8月6日后導(dǎo)流洞下游河槽糙率發(fā)生了明顯變化，造成河槽糙率變小的原因可以確定為洪水對河槽的沖刷作用。由于洪水水流長時間沖刷導(dǎo)流洞出口以下河槽，導(dǎo)流洞出口處丁壩大部分沖毀，壩體沖毀后對導(dǎo)流洞泄水的阻力減小，消能作用減弱，洪水過程帶走了河槽中對水流造成阻力的土石堆、建筑垃圾、棄土等，沖深了河床，水流更加順暢，相應(yīng)表現(xiàn)為同水位河槽的糙率減小、流速增大，水位落差減小，在導(dǎo)流洞出口流量相同的情況下，水文站測驗斷面流速增大、水位降低，水文站斷面同水位條件下流量增大。

3 結(jié)束語

通過成因分析發(fā)現(xiàn)工程施工活動是影響水位流量關(guān)系變化的主要因素，結(jié)合測驗時段內(nèi)水情特點最終定線方案為：以時間過程為依據(jù)確定兩條臨時曲線，8月6日后隨著水位的下降由原單一關(guān)系線逐漸過渡到新的單一關(guān)系線，9月中旬新單一曲線趨于穩(wěn)定。

施工期水電站壩下游水文監(jiān)測斷面水位流量關(guān)系受多種因素的綜合影響，一般情況關(guān)系較為復(fù)雜，對于斷面沖淤變化較小、不受頂托影響的監(jiān)測斷面，影響水位流量關(guān)系的主要因素為工程施工活動，應(yīng)根據(jù)工程施工進(jìn)度及水情變化靈活布置測次，控制水位流量關(guān)系的過渡變化，便于水情預(yù)報及整編推流。

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