鄭 苗，陳研研

0 前言

引灤入唐工程從灤河大黑汀水庫(kù)引水，跨流域輸入薊運(yùn)河支流還鄉(xiāng)河邱莊水庫(kù)，再?gòu)那袂f水庫(kù)穿過(guò)還鄉(xiāng)河與陡河分水嶺，經(jīng)陡河西支將水調(diào)入陡河水庫(kù)，然后再?gòu)亩负铀畮?kù)將水輸入下游和唐山市市區(qū)，供城市生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水[1-3]。工程由明渠、渡槽、隧洞、埋管、水電站、公路橋和天然河道疏浚開(kāi)卡組成。沙嶺溝站（4+271.5 m）為引灤入唐水量監(jiān)測(cè)輔助站，隸屬遷西縣河道管理處，該站自1994年率定水位～流量關(guān)系后一直沿用至今[4-5]。為了更準(zhǔn)確的為引灤入唐引水量提供計(jì)量依據(jù)，通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析大黑汀水庫(kù)入唐渠和沙嶺溝兩站流量關(guān)系，率定沙嶺溝站水位～流量關(guān)系曲線，為引灤入唐引水計(jì)量提供可靠的量化依據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)斷面間渠道概況

沙嶺溝流量監(jiān)測(cè)斷面（4+271.5 m）位于大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面（0+725 m）下游3546.5 m，兩斷面間由明渠與渡槽連接。大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面（0+725 m）至橫河渡槽為人工開(kāi)辟石渠。石渠段為梯形斷面，底寬8m，邊坡以1∶0.75的坡比與擋土墻相接，渠底縱坡i=1/4000。渠道底板及邊坡為混凝土襯砌，強(qiáng)度標(biāo)號(hào)R28=150，抗凍等級(jí)D=150號(hào)，抗?jié)B等級(jí)S=4。渠頂高程與擋土墻頂相同，左右岸設(shè)有一級(jí)馬道，左岸寬5 m，右岸寬3.5 m，為100號(hào)素混凝土結(jié)構(gòu)。橫河渡槽采用矩形槽型，分帶拉桿槽和無(wú)拉桿槽兩種。帶拉桿槽共134節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)10 m，凈寬10 m，節(jié)與節(jié)間設(shè)柏油瀝青木板及橡皮油膏止水。不帶拉桿槽共19節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)15 m，寬10 m，節(jié)間均設(shè)651型塑料止水，頂部1.6 m寬的人行道兩側(cè)設(shè)鋼管欄桿。渡槽至沙嶺溝斷面為矩形混凝土渠道，渠道凈寬10 m，凈高5.5 m，底板厚1 m，側(cè)墻頂部厚度0.5 m，底部厚1 m，設(shè)有1∶0.5的八字抹角。

兩斷面間渠道運(yùn)行良好，引水期間沒(méi)有明顯跑、冒、滴、漏水現(xiàn)象，中途沒(méi)有取水、偷水現(xiàn)象。

2 野外監(jiān)測(cè)

2.1 斷面水準(zhǔn)測(cè)量

2.1.1 大黑汀水庫(kù)（入唐渠）斷面測(cè)量

大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面為混凝土澆筑梯形斷面，水尺為漆畫(huà)傾斜水尺，河底高程115.44m，河底寬8m，兩岸邊坡比1∶0.75。經(jīng)校核大黑汀水庫(kù)（入唐渠）斷面水尺零點(diǎn)高程115.44m，根據(jù)實(shí)測(cè)斷面成果繪制了斷面圖及斷面水位～面積關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1。

圖1 大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面圖及水位～面積關(guān)系線圖

2.1.2 沙嶺溝斷面測(cè)量

沙嶺溝流量監(jiān)測(cè)斷面（4+271.5 m）渠道凈寬10 m，凈高5.5 m，底板厚1 m，側(cè)墻頂部厚度0.5 m，設(shè)有1∶0.5的八字抹角。渠底高程114.27 m，底寬9.0 m，上口寬10.0 m。經(jīng)校核沙嶺溝斷面水尺零點(diǎn)高程114.27 m。根據(jù)實(shí)測(cè)斷面成果繪制斷面圖及斷面水位～面積關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 沙嶺溝斷面圖及水位～面積關(guān)系線圖

2.2 流量監(jiān)測(cè)

2.2.1 監(jiān)測(cè)方案

水庫(kù)通過(guò)調(diào)度放水閘門，控制4個(gè)流量級(jí)放水，提閘順序?yàn)椋?0→20→30→40→30→20→10→20（單位 m3/s），兩站分別于漲、落水面的每個(gè)流量級(jí)施測(cè)一次流量。流量施測(cè)時(shí)機(jī)定為閘門變動(dòng)水位平穩(wěn)2～4小時(shí)后進(jìn)行。水深條件具備時(shí)，流量測(cè)驗(yàn)采用三點(diǎn)精測(cè)法，共布設(shè)7條測(cè)速垂線。

2.2.2 流量監(jiān)測(cè)情況

利用渠道放水時(shí)機(jī)，對(duì)大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面（0+725 m）進(jìn)行了流量監(jiān)測(cè)，施測(cè)流量9次，測(cè)得水位變幅116.64m～117.88 m、流量變幅 9.59 m3/s～37.9 m3/s。

對(duì)沙嶺溝（4+271.5）斷面進(jìn)行了12次流量監(jiān)測(cè)，測(cè)得水位變幅 115.04～116.09 m、流量變幅 9.39～37.8 m3/s。

為分析兩站流量關(guān)系，找出兩站中途水量損失情況，沙泠溝站1～9次流量施測(cè)與大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面同步進(jìn)行。因兩處斷面相距3546.5 m，用不同流量級(jí)斷面平均流速計(jì)算水頭傳遞時(shí)間，沙嶺溝斷面測(cè)流時(shí)間較入唐渠斷面測(cè)流時(shí)間后延30～50 min。

3 監(jiān)測(cè)成果分析

3.1 單次流量測(cè)驗(yàn)精度分析

大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面施測(cè)號(hào)數(shù)3次流量27.6 m3/s，總不確定度XQ=5.5%，系統(tǒng)誤差μ?Q=-1.0；施測(cè)號(hào)數(shù)4次流量37.9 m3/s，總不確定度XQ=5.5%，系統(tǒng)誤差μ?Q=-1.0。沙嶺溝斷面施測(cè)號(hào)數(shù)5次流量28.0 m3/s，總不確定度XQ=5.4%，系統(tǒng)誤差 μ?Q=-1.0；施測(cè)號(hào)數(shù)4次流量37.8m3/s，總不確定度XQ=5.4%，系統(tǒng)誤差μ?Q=-1.0；兩站所有測(cè)次均能夠達(dá)到二類站中、低水流速儀測(cè)法測(cè)驗(yàn)精度要求。

3.2 兩站流量對(duì)比分析

比較大黑汀水庫(kù)入唐渠（0+725 m）和沙嶺溝（4+271.5 m）兩站實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，沙嶺溝站較上游入唐渠站平均偏小0.6%，相對(duì)值最大偏小2.1%，最小偏小0.0%；絕對(duì)值最大偏小0.2 m3/s，最小偏小0.0 m3/s。

下游的沙嶺溝站流量較上游大黑汀水庫(kù)入唐渠站流量基本沒(méi)有流量損失，符合渠道特性。

3.3 水位～流量關(guān)系曲線精度分析

為了準(zhǔn)確計(jì)算出引水水量，需要有實(shí)時(shí)的流量作為計(jì)算依據(jù)。目前兩站只安裝了自記水位計(jì)，只能獲得實(shí)時(shí)水位變化情況，不能得到實(shí)時(shí)流量。對(duì)于水位流量關(guān)系比較穩(wěn)定的斷面，可以建立水位～流量關(guān)系曲線，利用水位來(lái)推求流量。用圖解或解析計(jì)算的方法來(lái)率定水位～流量之間關(guān)系的工作稱為定線。用率定好的水位～流量關(guān)系曲線推求流量的工作稱為“推流”。定出的單一關(guān)系曲線是否能夠滿足流量推求精度要求，就要對(duì)水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行三種檢驗(yàn)（符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離值檢驗(yàn)），計(jì)算流量關(guān)系點(diǎn)對(duì)關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差及隨機(jī)不確定度。

3.3.1 大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面水位～流量關(guān)系曲線

大黑汀水庫(kù)水文站為國(guó)家基本水文站，大黑汀水庫(kù)入唐渠斷面每年過(guò)水期間均施測(cè)流量，根據(jù)實(shí)測(cè)流量定線推流。本站水位～流量關(guān)系曲線除受測(cè)驗(yàn)河段控制外，還受水庫(kù)電站發(fā)電及斷面上游（基上135 m）分水閘門變化高度及分水影響。本次分析工作開(kāi)展過(guò)程中，大黑汀水庫(kù)放水閘門變閘，發(fā)電機(jī)組沒(méi)有工作，基上135 m分水閘全部提出水面且沒(méi)有向引灤入津渠分水。即本次分析工作監(jiān)測(cè)的9次流量與日常引水實(shí)際情況略有不同，故本次實(shí)測(cè)流量成果只能用于對(duì)比分析本站與沙嶺溝站流量損失情況，不能用本次流量定出水位～流量關(guān)系曲線作為今后引灤入唐渠計(jì)量依據(jù)。

分析工作由于只實(shí)測(cè)9次流量，不進(jìn)行曲線三種檢驗(yàn)計(jì)算，只結(jié)合實(shí)測(cè)流量給出水位～流量關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，測(cè)點(diǎn)相對(duì)誤差在±5%之內(nèi)的點(diǎn)子占總測(cè)次的100%，測(cè)點(diǎn)最大相對(duì)誤差為-2.5%，且無(wú)系統(tǒng)偏離，《水文資料整編規(guī)范》（SL247-1999）渠道站單一曲線法流量定線精度要求。

圖3 大黑汀水庫(kù)入唐渠水位～流量關(guān)系圖

3.3.2 沙嶺溝斷面水位～流量關(guān)系曲線

沙嶺溝斷面為人工砼漿砌，斷面形狀為矩形，無(wú)沖淤變化。下游為順直矩形人工渠道和隧洞，縱坡穩(wěn)定，下游河段形成了良好的河槽控制，適用單一曲線法推求流量。分析水位～流量、水位～面積、水位～流速關(guān)系曲線，其曲線水位～面積曲線凹向下方，且點(diǎn)子集中，反映了無(wú)沖淤的矩形斷面特性。水位～流速關(guān)系曲線下部下凹，上部上凹，符合水位～流速關(guān)系規(guī)律。水位～流量關(guān)系為單一曲線，測(cè)點(diǎn)集中，關(guān)系良好。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，測(cè)點(diǎn)相對(duì)誤差在±5%之內(nèi)的點(diǎn)子占總測(cè)次的100%，測(cè)點(diǎn)最大相對(duì)誤差為4.1%，且無(wú)系統(tǒng)偏離。

水位～流量關(guān)系曲線三種檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果為：曲線標(biāo)準(zhǔn)差為2.1%，定線精度較高。沙嶺溝斷面水位～流量關(guān)系圖見(jiàn)圖4。受測(cè)驗(yàn)資料限制，以上水位流量關(guān)系曲線只在水位115.00 m～116.10 m（流量在 8.72～38.0 m3/s）范圍內(nèi)適用。

圖4 沙嶺溝站水位～流量關(guān)系圖

分析沙嶺溝斷面水位～流量關(guān)系圖可以發(fā)現(xiàn)，水位高于115.80 m（流量超過(guò)32.0 m3/s）時(shí)，水位流量關(guān)系線出現(xiàn)反曲。曲線反曲的原因?yàn)榱魉贉p小。分析不同流量級(jí)兩斷面間水面比降可以發(fā)現(xiàn)，第4次流量測(cè)次流量37.8 m3/s，但兩斷面間水面比降僅為0.505‰，水面比降明顯和前3次比降不成同一系列，見(jiàn)圖5。

圖5 測(cè)驗(yàn)河段水面比降對(duì)比分析圖

經(jīng)調(diào)查，原因?yàn)槟嫌^電站（沙嶺溝斷面下游8433.5 m）為提高機(jī)組效率，從而抬高水位增加勢(shì)能所致。當(dāng)渠道流量超過(guò)32.0 m3/s時(shí)，南觀電站閘門雍水可使沙嶺子隧洞滿管運(yùn)行，下游回水使測(cè)驗(yàn)河段比降變小，影響了水流流速，從而影響了沙嶺溝斷面高水水位～流量關(guān)系。由于這一現(xiàn)實(shí)原因的存在，使水位超過(guò)115.80 m時(shí)，水位～流量關(guān)系曲線反曲也是合理的。

3.4 與以往結(jié)果對(duì)比

本次沙嶺溝斷面實(shí)測(cè)水位控制變幅115.04 m～116.09 m、流量變幅9.39 m3/s～37.8 m3/s。對(duì)比1994年與2012年水位～流量關(guān)系曲線，2012年關(guān)系線較1994年關(guān)系曲線偏左，說(shuō)明同水位流量2012年較1994年有所偏小，平均偏小5.7%。正常引水情況下25.0～35.0 m3/s流量級(jí)平均偏小3.4%；水位115.00 m時(shí)流量偏小5.1%，115.80m時(shí)流量偏小2.1%。流量偏小主要原因?yàn)殡S著渠道運(yùn)行時(shí)間的推移，渠道糙率變大，影響水頭流速進(jìn)而影響流量。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）兩站流量對(duì)比結(jié)果：流量穩(wěn)定情況下，沙嶺溝站實(shí)測(cè)流量較大黑汀水庫(kù)入唐渠站平均偏小0.6%，相對(duì)值最大偏小2.1%，最小偏小0.0%；絕對(duì)值最大偏小0.2 m3/s，最小偏小0.0 m3/s。下游的沙嶺溝站較上游大黑汀水庫(kù)入唐渠站基本沒(méi)有水量損失，符合渠道特性。

（2）沙嶺溝站2012年水位～流量單一關(guān)系曲線同水位級(jí)流量較1994年關(guān)系曲線平均偏小5.7%，25.0 m3/s～35.0 m3/s流量級(jí)平均偏小3.4%，曲線標(biāo)準(zhǔn)差為2.1%。定線方法及定線精度滿足《水文資料整編規(guī)范》要求，本站水位～流量單一曲線可以作為引水計(jì)量輔助參考依據(jù)。

4.2 建議

本次分析工作重點(diǎn)率定115.50 m～115.90 m（相應(yīng)流量23.0 m3/s～35.0 m3/s）水位～流量關(guān)系，低水及高水部分沒(méi)有分析。要得到現(xiàn)狀條件下完整水位～流量關(guān)系曲線，今后應(yīng)重點(diǎn)對(duì)低、高水增加流量測(cè)次，結(jié)合南觀電站發(fā)電情況，確定低、高水曲線走勢(shì)。

[1]張慧文,黃育良,邢稚.引灤水源保護(hù)及防治對(duì)策[J].廣西水利水電，2010(05).

[2]田勵(lì).牢固樹(shù)立科學(xué)發(fā)展觀建設(shè)引灤文化生態(tài)風(fēng)景一條線[J].水利發(fā)展研究，2007(11).

[3]于國(guó)平.從引灤入還工程管理實(shí)踐談水利體制改革[J].河北水利水電技術(shù)，2000(04).

[4]天津市2009年度第二次引灤生態(tài)補(bǔ)水結(jié)束[J].海河水利，2009(04).

[5]馬穎,仇新征.海委引灤局信息化建設(shè)的幾點(diǎn)體會(huì)[J].水利水文自動(dòng)化，2010(01).