 Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2012, 1, 402-406 http://dx.doi.org/10.12677/jwrr.2012.15063 Published Online October 2012 (http://www.hanspub.org/journal/jwrr.html) Discharge Monitoring and Measuring Scheme with Consideration of Water Conservancy Projects Kai Li Hanjiang Bureau of Hydrology and Water Resources Survey, Changjiang Water Resources Commission, Danjiangkou Email: hjlik@cjh.com.cn Received: Aug. 11th, 2012; revised: Aug. 26th, 2012; accepted: Sep. 11th, 2012 Abstract: The construction and operation of the water conservancy projects has greatly changed the charac- teristics of the flow and the water way. The hydrologic characteristics of station located in the upper and down reservoir have also changed. The relationship curve between water level and discharge becomes more complex. The hydrological station often relies on increasing the frequency of survey in order to obtain the water level and discharge relationship. The Huangjiagang hydrologic station located between the Danjiang- kou and Wangfuzhou reservoirs is a typical case which has been affected by the downstream reservoir. The arrangement of flow monitoring frequency and measuring time at the Huangjiagang hydrologic station in 2011 are discussed and analyzed. Keywords: Hydrological Station; Water Conservancy Works; Flow Measure; Test Program; Relationship between Water Level and Discharge 受水利工程影响的流量监测方案探讨 李 凯 长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，丹江口 Email: hjlik@cjh.com.cn 收稿日期：2012 年8月11 日；修回日期：2012 年8月26 日；录用日期：2012年9月11 日 摘 要：水利工程的兴建、调度运作改变了河道水流、洪水特性，水库上下游水文测站水文特性发生 很大变化，水位–流量关系发生很大变化，关系曲线复杂，各水文测站为控制好水位–流量关系变化， 往往依靠加密流量监测频次，但仍然难以良好控制变化过程。汉江黄家港站处于丹江口水库与王甫洲 水利工程影响河段之间，是受上下游水库影响的典型站。本文阐述及探讨了 2011 年黄家港水文站流量 监测频次及测次时机布置，并分析。 关键词：水文站；水利工程；流量监测；测验方案；水位–流量关系 1. 引言 黄家港水文站位于湖北省丹江口市新港，始建于 1953 年，控制面积 95,217 km2，多年平均流量 1200 m3。 是汉江中下游防汛调度运行管理的重要流量控制站， 为一类精度的水文站。 黄家港站设立至 1958 年为水位流量关系为受洪 水涨落影响的天然河道，随着水利工程的兴建、调度 运作，该站上游 6 km于1958 年开工 1968年建成大 型水利枢纽工 程——丹江口水电站，来水受上游施工、 发电、泄洪影响，水位–流量关系发生很大变化。该 站下游 30 km于1995年开工兴建王甫洲水利工程， 作者简介：李凯(1970-)，男，湖北老河口市人，技师，从事水文勘 测及管理分析工作。 Copyright © 2012 Hanspub 402  李 凯：受水利工程影响的流量监测方案探讨 第1卷 · 第5期 该工程 2002 年建成蓄水后水库尾水顶拖影响黄家港 站测验断面，测验河段水位抬高、流速减缓、水体富 营养化；加之，上下游水利工程发电调度不一致，黄 家港站水位–流量关系呈现受上下游水库调度影响 态势，水位–流量关系尤为复杂。 2005 年南水北调中线控制性工程——丹江口大坝 加高工程开工，大坝加高后，正常蓄水位将从 157 m 提高至 170 m，库容从175 × 108 m3增加到290 × 108 m3，随着丹江口水库加高工程即将完成，加高后丹江 口水库试蓄水方案的启动，势必对黄家港站水位流量 关系有更大的影响。对受上下游水库影响的水文站如 何保证流量测验精度、精确推算水资源量提出了更高 要求(图1)。 2. 测验情况 现行“河流流量测验规范”流量测验布置以控制 水位–流量关系转折变化。 黄家港站单次流量测验 2008 年以前采用吊船缆 道牵引水文测船流速仪法测验，2008 年后采用水文测 船走航式 ADCP(声学多 普勒流速仪)两测回实测；各半 测回流量与平均流量最大偏差在 5%以内，提高了单 次流量测验精度、缩短测验历时。 依照“水文资料整编规范”对收集的水文信息进 行整理、整编，参照各流量测次、上下游水情确定各 时段影响水位流量关系的主要因素，拟合各时段的水 位–流量关系(临时曲线、绳套曲线)，推求各时段流 量及推算逐日流量和各项特征值(图2)。 3. 流量测验时机的选择 丹江口水库至下游王甫洲水利工程区间布设有 丹江口水库坝上龙王庙水位站、坝下王家营水位站、 黄家港水文站、沈湾水位站，王甫洲水利工程上游老 河口水位站。密切关注两水库间各站水位变化、闸门 启闭、河段水温变化情况，通过查看“长江水文网”、 “汉江水文网”即时水情，分析黄家港(Zh)–王家营 (Zw)、黄家港(Zh)–沈湾水位(Zs)落差(Δz) 变化，黄家 港站水温测验情况，确定各时期流量影响主要原因， 把握好流量测验时机，布置流量测次。 3.1. 泄洪期流量测验方案 丹江口水库满负荷发电黄家港站水位在 89.9 m 以下(流量小于1800 m3/s)，高(大)于该水位，为水库 泄洪。依据闸门启闭多少、堰孔不同，分析洪水传播 历时，避开泄洪期漂浮物多、船只多影响安全不利因 素，在稳定泄洪期间布置流量测次。 Figure 1. The sketch of test river reach at the Huangjiagang station 图1. 黄家港站测验河段图 Copyright © 2012 Hanspub 403  李 凯：受水利工程影响的流量监测方案探讨 第1卷 · 第5期 Figure 2. The Z-Q relation curve at the Huangjiagang station in 2011 图2. 黄家港站 2011 年绘制 Z-Q 曲线 丹江口水库建成后开闸泄洪，黄家港站测验河段 经历了丹江口水库 1960~1970 年滞洪、蓄水运用后， 从1971 年以后，河 床冲刷基本上不再发 展，测验断面 比较稳定，影响水位流量关系的主要因素为泄洪对水 生植物的冲刷、中后期水生植物残留量变化、河段行 洪能力变化；上下游水利工程调度不尽同步，两水库 水位高低，上游水库水头变化、启闭闸门的不同，关 系曲线呈现多样化，流量测次的布置 方案有所不同。 当水库利用防汛库容调蓄上游来水，启闭闸门深 孔冲沙闸门且开启闸孔较少，对下游水生植物冲刷不 强烈，基本为稳定冲刷，按照单一线布置流量测次， 以流量测次相应水位间隔 0.4~0.6 m控制流量各测次 点距。 当水库利用防汛库容拦蓄上游来水，开启闸门较 多且有深孔闸门和堰闸，泄洪初期对下游河段水生植 物冲刷强烈，泄洪中后期由于水生植物减少，河段行 洪能力变化较大；堰闸开启高度、水头的变化，下泄 流量会有较大的变化，分为两种情况： 上游来水量大于下泄量，水库水位抬升，水头加 大，泄洪初期水生植物较多，河段行洪能力较小，黄 家港站测验的水位流量关系呈现泄洪初期增开闸曲 线较后期关闭闸门偏左，呈现顺时针水位流量关系曲 线，流量测次布置依闸门启闭情况及时布置测次，同 时在连续稳定泄洪期(如9深孔、4堰闸连续 5天)增加 流量测次。 上游来水量小于下泄量，水库水位回落，连续稳 定泄洪下泄较泄洪初期减小，流量测次布置依闸门启 闭情况布置流量测次，黄家港站出现最高水位后，由 于开启闸门数量不变，水头减小，下泄量减小，黄家 港站水位回落，按照“水文资料整编规范”要求控制 好流量变化过程布置测次。 3.2. 非泄洪期流量测验方案 受上游水利工程运作丹江口水库每年泄洪期时 间不长(一般在30 天左右)，而非泄洪期黄家港站水位 89.8 m 以下，流量级变幅 400~1800 m3/s，该段水位变 Copyright © 2012 Hanspub 404  李 凯：受水利工程影响的流量监测方案探讨 第1卷 · 第5期 Figure 3. The Z-Q relation curve during non-flood season at the Huangjiagang station in 2011 图3. 黄家港站 2011 年非泄洪期 Z~Q 曲线 幅约 1.5 m，历时长，引起水位流量关系变化因素较 多，易导致水位流量关系突变缺少流量测次控制，往 往低枯水流量测验是难点(图3)。 丹江口水库发电出水流量较大，稳定发电出水流 量大于 1000 m3/s(4~6 台水轮机发电)，下游顶托不明 显时期，每 10 天左右布置不少于 1次。 丹江口水库发电出水流量较小，稳定发电出水流 量小于 1000 m3/s(1~3 台水轮机发电)，由于测验河段 过水流量小，河道流速过缓，水生植物生长变化，加 之受下游王甫洲水利工程发电、蓄水、水库尾水顶托 影响，同水位级流量变化达到250 m3/s，水位流量关 系极为复杂。 上游丹江口水库因电网调度增加、减少发电期 间，发电出水量变化较大时期，通过水情查询系统掌 握相关站点即时水情信息，及时分析 Zh~Zw、Zh~Zs 落差(Δz)判明引起黄家港站水位突变的原因(Δz： Zh~Zw 0.4~0.5 m、Zh~Zs 0.13~0.18 m)，如上下游水位 落差值在Δz之间，每10 天布置不少于 1次。 王甫洲水利工程因电网调度增加、减少发电期 间，王甫洲水利工程水库水位变化较大，对比分析黄 家港 Zh–沈湾水位 Zs落差，当出现小于0.08 m和大 于0.25 m 的情况(下游水库尾水影响明显)及时加密流 量测次。 1~3 月中旬及 11~12 月水温6℃~12℃，水生植物 生长衰落，每10 天左右布置少于 1次。 5~6 月气温升高，水温 13℃~20℃，水生植物生 长，河槽糙率加大，河道行洪能力降低，该时期每 7 天布置流量测次 1次。 Copyright © 2012 Hanspub 405  李 凯：受水利工程影响的流量监测方案探讨 第1卷 · 第5期 7~9 月气温高，水温22℃~27℃，水生植物生长 旺盛，该时期为主汛期，每10 天布置 1次。 10~11 月气温降低，水温低于 12℃，水生植物生 长减缓，河槽糙率减小，河道行洪能力较前期增加， 该时期每 7天布置流量测次1次。 4. 结束语 以上是黄家港站流量测验布置的方案，按照该方 案2011 年1~12 月布置流量测次 100 次，本年先后发 生特枯、20年一遇洪水水情，具有的代表性，拟合绘 制13 条关系曲线，对使用时间较长的曲线进行定线 检验各曲线均符合定线精度指标规定，上下游站水量 平衡，对比径流推算成果相符(误差小于 5%)，满足汉 江中下游防洪调度要求。 受上下游水库影响的水文站，依据测站实际，拟 定好流量测验方案，合理安排测验人员，发挥现代通 讯技术作用及时掌握水情信息，分析各时期影响水位 –流量关系变化因素，维护好测验设备，做好前瞻准 备，抓住测验时机及时开展流量测验。 受水利工程影响的水文站制定适合测站的流量 测验方案，精简流量测验次数，事半功倍，降低测验 成本、减少劳动强度；积极开展水平式 ADCP 的比测 试验，实时监测流量变化，提高测验精度。 参考文献 (References) [1] GB50179-93. 河流流量测验规范[S]. 北京: 中国计划出版社. GB50179-93. Code for liquid flow measurement in open chan- nels. Beijing: China Plan Publishing Company. (in Chinese) [2] SL247-1999. 水文资料整编规范[S]. 北京: 中国计划出版社. SL247-1999. Code for hydrologic data compilation. Beijing: China Plan Publishing Company. (in Chinese) [3] SL337-2006. 声学多普勒流量规范[S]. 北京: 中国水利水电 出版社. SL337-2006. Code for discharge measurement of acoustic Dop- ple current. Beijing: China Water Power Press. (in Chinese) [4] GB/T50138-2010. 水位观测标准[S]. 北京: 中国计划出版社. GB/T50138-2010. Standard for stage observation. Beijing: China Plan Publishing Company. (in Chinese) [5] 林传真. 水文测验与查勘[M]. 南京: 河海大学出版社, 1989. LIN Chuanzhen. Hydrology testing and prospect. Nanjing: Ho- hai University Press, 1989. (in Chinese) [6] 百度百科. 南水北调中线工程[URL]. http://baike.baidu.com/view/690301.html Baike. Central line project of South-to-north water diversion. http://baike.baidu.com/view/690301.html (in Chinese) Copyright © 2012 Hanspub 406 |