城市建設(shè)對水文測驗環(huán)境的影響與對策探究

柏正林，尹家星，夏匯彬

（1.安徽省滁州水文水資源局，239000，滁州；2.安徽省滁州市水利局，239000，滁州）

近年，隨著安徽省滁州市城市建設(shè)步伐加快，涉河工程建設(shè)對河流自然環(huán)境、水流特性的影響日趨嚴重，不僅給水文測驗工作開展造成困難，還對水文測驗資料代表性、一致性造成影響。以滁州站測驗河段為例，針對城市建設(shè)影響河段水文測驗環(huán)境問題進行分析和對策探究，提出有關(guān)建議。

一、測驗河段城市建設(shè)工程現(xiàn)狀

清流河屬長江流域滁河水系，為滁河左岸最大支流，全長92.5 km，流域面積1318 km2。清流河于滁州市區(qū)中部穿過，在市區(qū)河段設(shè)立有滁州水文站，控制流域面積1056 km2。滁州水文站功能為清流河控制站，研究降水徑流規(guī)律，為滁州城區(qū)防洪、水資源開發(fā)利用及滁河流域規(guī)劃治理服務。

滁州為省轄地級市，是“南京都市圈”核心層和“皖江城市帶”北翼城市。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和“大滁城”建設(shè)的開展，沿河城市建設(shè)工程措施不斷加強。自滁州水文站流量測驗斷面上游約2900 m至下游約3300 m河段，建設(shè)了城市高架橋3座，清流河景觀工程（橡膠壩）1座及污水處理廠（一期）工程。為提高城市防洪標準，近年實施了河道治理工程措施，建設(shè)了城市防洪撇洪溝工程。此外，中國大唐滁州發(fā)電廠、滁州華能熱電廠工程取水口工程將建設(shè)完成。

二、城市建設(shè)對水文測驗環(huán)境的影響分析

1.跨河橋梁工程改變了斷面水流特性，影響測驗安全及資料精度

跨河橋梁工程建設(shè)改變了斷面水流特性,影響測驗安全及資料精度。橋梁建于測驗河段，由于橋墩阻水，約束河道，橋址上游產(chǎn)生雍水且在橋址上下游產(chǎn)生水位落差。同時橋墩周圍水流脈動，產(chǎn)生復雜流態(tài)。另外，由于橋墩軸線常與水流方向不一致，橋墩挑流，使斷面水流撇向一側(cè)河岸。該站斷面上游有兩座橋梁，下游有一座橋梁，測驗斷面處于橋梁累積挑流、壅水影響區(qū)域。因此，橋梁建設(shè)使斷面水流特性復雜化。此外在洪水期，橋墩往往引起漂浮物集結(jié)，過多的漂浮物流向斷面時，可使測驗儀器損壞,甚至可以使測驗設(shè)施整體損壞，影響資料精度與測驗安全。

2.景觀工程（橡膠壩）建設(shè)改變了斷面控制條件，增加測驗難度

橡膠壩主體工程布置于河道河槽內(nèi)，泄洪節(jié)制閘位于右岸灘地。壩址處河槽底平均高程3 m，工程設(shè)計蓄水位9.5 m，高于河槽底約6.5 m。橡膠壩設(shè)計蓄水位運行條件下，滁州站測驗斷面位于深水庫區(qū)。由于斷面控制條件破壞，致水位流量關(guān)系紊亂，流量測驗難度較大。從滁州站2012年8月29—9月28日實測水位流量過程線分析，泄洪節(jié)制閘關(guān)閉期，壩上蓄水，水位升高，但斷面流速很小。泄洪節(jié)制閘開啟期間，水位降低，但流速急劇增大，流量增大。斷面水位與流量變化趨勢幾乎相反，由于水流關(guān)系復雜，即使大量增加流量測次，也不能滿足水文測驗及資料整編精度要求。

3.河道治理工程改變河槽控制特性，對資料系列代表性、一致性產(chǎn)生影響

清流河滁城段現(xiàn)狀防洪能力不到20年一遇，按照50年一遇提高標準實施整治。采取河道疏浚、擴大行洪斷面、堤防退建、堤防護岸、新建防洪墻等工程措施，以增大行洪能力、降低洪水位。河道治理改變了測驗河段特征參數(shù)，使河槽原有水力控制特性改變，斷面控制特性發(fā)生變化。因此，河段測驗環(huán)境改變，除使斷面水位流量關(guān)系變化外，還將對水位、流量資料系列代表性、一致性產(chǎn)生影響。

4.污水處理工程、發(fā)電廠取水工程及撇洪溝工程改變測站徑流特性

城市防洪撇洪溝工程：城市防洪撇洪溝工程建成后，部分山洪由撇洪溝從斷面以下入河。其分流作用改變了洪峰流量及洪水過程，并使年徑流量減少。根據(jù)計算，清流河發(fā)生20年一遇和50年一遇洪水時，撇洪溝分洪峰流量分別為 60 m3/s、70 m3/s，約占斷面流量的6%。

污水處理廠工程：滁州市污水處理廠建成運行，斷面實測徑流量減少。根據(jù)1958—2012年實測徑流量資料統(tǒng)計，滁州站多年平均徑流量2.83億m3。污水處理廠現(xiàn)狀(工程一期)年處理污水量1800萬m3，占滁州站多年平均徑流量的6.5%，二期工程實施后年排污水量 （5500萬 m3），占多年平均徑流量的19.4%。

電廠取水口工程：電廠取水除減少斷面流量外，對低水流量特性影響較大。上游發(fā)電廠設(shè)計取水流量1.36 m3，使年徑流量減少2530萬m3。建于斷面下游的滁州華能發(fā)電廠取水使斷面流速增大。上游大唐滁州發(fā)電廠取水致斷面流量減小，枯水季節(jié)還明顯改變流向，出現(xiàn)負流量。

三、對策探究

1.測站擇機遷建

根據(jù)水文測驗規(guī)范要求，流量測驗河段應布設(shè)在具有測站控制條件良好的地方，盡量滿足水位流量關(guān)系的穩(wěn)定。鑒于滁州站控制條件受工程現(xiàn)狀影響，應擇機遷建。根據(jù)勘測,建議遷于橡膠壩工程附近河段。測流斷面布于橡膠壩下游,基本水尺斷面設(shè)立于橡膠壩以上。橡膠壩工程底板高于河底3m以上，中高水時會提高斷面控制特性，改善水位流量關(guān)系。此外,水位監(jiān)測斷面布于壩上，可以減少下游汊河集閘調(diào)度運行影響。

2.建設(shè)輔助測流斷面，監(jiān)測中低水流量

橡膠壩上蓄水、泄水，其調(diào)度運行對流量測驗造成困難。橡膠壩蓄泄期間,成為良好的水工建筑物，可以在橡膠壩工程下游設(shè)立輔助測驗斷面，用于監(jiān)測泄水及中低水流量。輔助斷面布設(shè)后，采用流量系數(shù)法或臨時曲線法推求，部分時段采用連續(xù)實測流量過程線法推算流量。

3.加密流量測次

在測站遷建前，采用增加水位、流量測次的方法來提高測驗精度與資料整編精度。中高水以水位為相關(guān)因素，采取連時序法推流，低水采用連實測流量過程線法推流。加密流量測次，滿足推流和資料整編要求。水位觀測采用自記水位計，實現(xiàn)水位變幅內(nèi)全過程自錄。會同橡膠壩工程管理部門，建立工程調(diào)度運行通報制度，準確把握測流時機。

4.改進低水測驗方法

探索流量系數(shù)法測驗推流：根據(jù)流量測驗與整編規(guī)范，受工程影響的水文站可以采取流量系數(shù)方法進行測驗推流。輔助斷面建設(shè)后，同步監(jiān)測橡膠壩工程上下游水位、壩下流量，探究流量系數(shù)推流辦法。根據(jù)不同水位級合理布置流量頻次，探究流量相關(guān)因素，率定流量與相關(guān)因素系數(shù)線。

引進新儀器、新設(shè)備：應積極引進新儀器新設(shè)備，如使用走航式聲學多普勒剖面流速儀進行流量測驗，能有效地解決流量測驗歷時長影響流量測驗精度的問題，應用水平式聲學多普勒流速儀，不間斷地進行斷面流量要素監(jiān)測，通過部分流量要素與斷面流量要素建立數(shù)學模型，進行斷面流量推算，達到流量實時在線監(jiān)測的目的。采用雷達電波流速儀可以減少河道漂浮物對測驗設(shè)施干擾影響，提高應急、超標洪水的監(jiān)測能力。

5.水文調(diào)查與基本測驗相結(jié)合

當基本斷面和輔助斷面還不能完全代表天然河流來水時就要進行水文調(diào)查工作。應開展沿河發(fā)電廠工程實際取用水量及過程調(diào)查整理登記；對污水處理廠排污水量調(diào)查，了解排水量及過程；洪水期在城市撇洪溝設(shè)立臨時流量斷面，進行來水量監(jiān)測，分析來水對河道洪水量及洪水過程的影響；測繪橡膠壩工程以上河道庫容曲線，分析年月庫容變量，進行年庫容變量、年徑流量、年徑流深度、年徑流模數(shù)計算。

6.開展水文巡測

開展水文巡測工作,改變傳統(tǒng)駐守一處斷面的測驗手段。機動靈活開展多斷面巡測，進而取得水文數(shù)據(jù),補充水文定位觀測不足。特別在水情測報緊急或測驗設(shè)施受到限制時，可以選擇在斷面上游清流路橋梁上采用橋測車或手持流速儀測流，或在清流橋至斷面之間河段布置臨時測流斷面，直接利用水中漂浮物作為“浮標”伺機搶測洪峰流量。

7.開展受工程影響資料分析工作

為滿足社會服務需要，應對臨河工程取水、撇洪溝工程分流量進行還原計算，提高資料系列代表性；對受景觀工程影響斷面水位及徑流資料系列進行一致性分析。修訂水文預報方案，提高城市防洪效益。

8.相關(guān)部門應高度重視、保障水文測驗環(huán)境

水文測驗環(huán)境變化對水文基礎(chǔ)工作的影響應該引起足夠的重視，相關(guān)部門要對這些影響因素進行專題研究、科學評估，以便采取措施減少因水文測驗環(huán)境變化對水文測驗基礎(chǔ)工作的影響，確保水文事業(yè)順利發(fā)展。

[1]林傳真，周忠遠.水文測驗與查勘［M］. 南京：河海大學出版社，1989.

[2]水工建筑物測流規(guī)范 （SL 20-92）[S].1992.

[3] 水文巡測規(guī)范（SL 195-97）[S].1997.