延寿水文站受蚂蚁河公路桥重建工程影响分析

王宏博

( 佳木斯水文局，黑龙江 佳木斯154000)

1 工程与延寿水文站概况

1.1 工程概况

蚂蚁河延寿公路桥位于延寿县延寿镇东南部城乡结合部，是延寿镇通往该县东南部安山、寿山、加信、中和等乡镇以及通往邻县方正县西南部永建、尚志市东南部亮河、亚布力等地区的跨越蚂蚁河公路桥，对该县东南部经济发展，地域连通起到十分重要的作用。重建公路桥工程系拆除原有公路桥在原址重建。原有公路桥始建于1970年，桥长210 m、宽7 m、5 墩6 孔拱形公路桥。新建公路桥全长277.76 m，桥面宽21 m，其中行车道17 m，两边各有2 m人行道，全桥共9 垮，每跨30 m，桥墩为桩柱式，采用1.3 m钢筋混凝土四柱式，墩身1.5m 钢筋混凝土钻孔灌注桩基础。设计标准为100 a一遇洪水，施工期为2011年8月—2012年6月30日。

1.2 延寿水文站

延寿水文站是松花江一级支流蚂蚁河干流控制站、国家基本水文测站、中央报汛站。始建于1950年10月，位于延寿县延寿镇南关村，E128°21'、N 45°04'，距河口92 km，测站集水面积5 627 km2。

延寿水文站基本水尺断面( 基本测验断面) 在蚂蚁河延寿公路桥下游200 m处。水文测验河段河道控制范围为基本水尺断面上下游各600 m，依法划定的水文测验保护区范围为: 纵向基本水尺断面上下游各1 000 m，横向左右岸历史最高洪水位边界。

延寿水文站水文测验河段上下游布设有基本水尺断面兼流量( 泥沙) 测验断面，上下游浮标法测流断面，上下游比降观测断面和比降面积法测流断面。

延寿水文站水文测验河段和测验断面比较稳定，已形成较稳定历年水位流量相关关系和水位泥沙相关关系，建站以来最大洪水发生在1960年8月8日，最高水位99.55 m，最大流量2 780 m3/s。

延寿水文站是蚂蚁河干流重要水情站、洪水预测代表站。建站以来为松花江和蚂蚁河防汛减灾、水资源保护管理、开发利用以及延寿县区域国民经济发展发挥了不可替代的作用。

2 工程影响

重建公路桥工程位于延寿水文站基本测验断面上游200 m处。拆除原有的长210 m，宽7 m的拱形桥，在原址重建长277.76 m，宽21m的钢筋混凝土结构的新桥。工程施工期及施工结束一定时间内( 河道冲淤演变至稳定期) ，将影响延寿水文站水文监测。

2.1 工程建设影响

重建工程将原有桥梁过水断面拓宽67.76 m，拓宽的水面宽占原有桥梁过水断面水面宽210 m 的32.3%。工程建成后将加大水文测验河段原河道过流能力，改变原河道水力特征。改变在原桥梁控制下的多年来已形成的水文测验河段稳定的水文要素相关关系。根据《河流流量测验规范》［1］第2.1.1“测验河段应选在河槽的底坡、断面形状、糙率等因素比较稳定和易受河槽沿程阻力作用形成河槽控制的河段”的规定，判别工程影响延寿水文站水文测验、水文情报预报、水文资料系列连续性、一致性和代表性。

2.1.1 影响水文测验

根据《水位观测标准》［2］第5.1.3 条“水位观测的段次应根据河流特性及水位涨落变化情况合理分布，以测到完整的水位变化过程，满足日平均水位计算、各项特征值统计、水文资料整编和水情拍报的要求为原则。在峰顶、峰谷及水位变化过程转折处应布有测次;水位涨落急剧时，应加密测次。”的规定，判定工程影响水位测验，应当采取加密测次措施;

根据《河流流量测验规范》第1.0.8 条“水文站一年中的测流次数，必须根据高、中、低各级水位的水流特性、测站控制情况和测验精度要求，掌握各个时期的水情变化，合理地分布于各级水位和水情变化过程的转折点处。”的规定，判定工程影响流量测验，应当调整测验方案、加密测验措施;

根据第3.1.2 条“测流断面河床稳定的测站，水位与面积关系点偏离关系曲线应控制在3%，并可在每年汛前、或汛后施测大断面，并在当次洪水后及时施测过水断面部分。”的规定，判别工程影响水文测验河段水道断面测量，应当采取加密测次措施;

根据《河流悬移质泥沙测验规范》第3.2.1 条“( 一) 一类站历年单断沙关系线与历年综合关系线比较，其变化在3%以内时，年测次≥15 次，二、三类站作同样比较，其变化在5% 以内时，年测次≥10次，历年变化在2%以内时，年测次≥6 次，并应均匀分布在含沙量变幅范围内; ( 二) 单断沙关系线随水位级或时段不同而分为两条以上关系曲线时，每年悬移质输沙率测次，一类站≥25 次，二、三类站≥15次，在关系曲线发生转折变化处、应分布测次。”的规定及第4.1.1 条“单样含沙量测验方法应能使一类单断沙关系线的比例系数在0.95 ～1.05，二、三类站在0.93 ～1.07。”的规定，判别工程影响悬移质泥沙测验，应当采取测验方案调整措施。

2.1.2 影响水文情报预报

工程改变水文测验河段河道过流能力及水位流量等水文要素相关关系。根据《水文情报预报规范》［3］第1.3.3.3 条“水文预报方案在每年汛末或使用一个阶段以后，应对其进行评价。当发现下列情形之一时，应对方案进行修订、补充或更新: ①实测水文资料已超出原水文预报方案数值范围; ②积累的新资料表明水文规律已发生变化; ③由于自然演变或人类活动影响，使流域、河段或断面水文情势发生改变。”的规定，判别工程影响延寿水文站水文情报预报，应当按照《规范》要求进行水文预报方案修订、更新。

2.1.3 影响水文资料系列连续性和一致性

工程改变水文测验河段河道水力特征，改变水位流量相关关系及单、断沙关系等水文要素相关关系，使工程前后的水文资料系列的连续性、一致性受到影响。

根据《水文资料整编规范》［4］第5.3.4 条“审查流量资料应符合下列规定: ①审查大断面施测、变化情况，断面借用应合理;②抽查水位流量关系图中对曲线影响较大的测点或诸因素的情况; ③定线推流方法应符合测站特性，本年所定曲线一般应与历年曲线趋势基本一致;④检查各种检验，其结果应满足要求。”的规定。

第5.3.5 条“审查悬移质输沙率资料符合下列规定:①审查实测悬移质输沙率成果表，检查单沙、断沙测验方法、取样仪器、取样位置等; ②审查单沙过程线，单沙测验应控制沙量表过程; ③审查推沙方法与单断沙关系。”的规定。

第5.4.2 条“水位资料的综合合理性检查应包括以下方面:①上下游水位过程线对照; ②特征水位沿河长演变图检查; ③上下游水位相关图检查。”的规定。

第5.4.4 条“流量资料的综合合理性检查应符合下列规定: ①上下游洪峰流量过程线及洪水总量对照:②上下游逐日平均流量过程线对照: ③月年平均流量对照表检查;④流量随集水面积演变图检查;⑤水库水量平衡检查;⑥月年最大、最小流量对照表检查;⑦绘制年径流深等值线图，其分布与自然地理情况应相符合。”的规定。

第5.4.5 条“悬移质输沙率和含沙量资料的综合合理性检查应符合下列规定①上下游含沙量、输沙率过程线对照; ②上下游月年平均输沙率对照。”的规定。

根据以上规定判别工程建设影响水文资料系列一致性，需要按《规范》要求并进行水文资料系列一致性分析论证。

2.2 工程施工影响

工程施工在延寿水文站下游400 m处修筑过河便道，同时拆除上游原有200 m处原有桥梁，筑围堰进行施工。工程施工修筑便道，使水文断面水位壅高、流速减缓，改变水文测验河段河道河流情势及断面控制;公路桥筑桩施工影响河道流态的同时改变河道水流挟沙能力。根据《河流流量测验规范》第2.1.1 条、第2.2.9 条规定，判别工程施工影响延寿水文站测验河段及测验断面的代表性。应当按照规范要求采取加密水位观测、流量测验测次。同时将泥沙测验断面临时迁往工程所在河段的上游，进行河流泥沙测验。

2.3 工程施工结束测验河段冲淤演变期影响

工程施工筑围堰、打柱桩，修临时便道等施工作业，破坏的河床以及工程施工遗留的废弃物，严重影响水文测验河段河道稳定，需要经多次洪水冲刷演变才能趋于稳定，此期间影响水位、流量、泥沙测验和水文测验河段大断面测量。

3 相应措施方案

根据测站现状和工程影响，采取的相应措施为公路桥重建工程的建设影响相应措施、工程施工影响相应措施、工程施工结束测验河段冲淤演变期影响相应措施。

3.1 工程施工影响相应措施

1) 按照《水位观测标准》第5.1.3 条“水位观测的段次应根据河流特性及水位涨落变化情况合理分布，以测到完整的水位变化过程，满足日平均水位计算、各项特征值统计、水文资料整编和水情拍报的要求为原则。在峰顶、峰谷及水位变化过程转折处应布有测次;水位涨落急剧时，应加密测次。”的规定，加密受施工影响水位观测段次。

2) 按照《河流流量测验规范》第1.0.8 条“水文站一年中的测流次数，必须根据高、中、低各级水位的水流特性、测站控制情况和测验精度要求，掌握各个时期的水情变化，合理地分布于各级水位和水情变化过程的转折点处。水位流量关系不稳定的测站测次，应满足推算日平均流量和各项特征值的要求”的规定，加密受工程影响施工期流量测验测次。

3) 在工程上游河段选择辅助断面迁移进行悬移质泥沙测验。辅助断面设立，按新设站要求进行断面设立作业。

项目初期利用BIM技术，结合工程周边的环境建立三维现场平面，直观地显示各临时建筑之间的关系，并模拟各阶段现场施工时各种材料堆场的布置、材料进出场线路以及场区内材料周转和人员流动的路线，进行方案比选，使现场平面布置更加合理。对方案进行不断优化，既降低了材料成本，又保障了项目效益，并对现场各型设备和各部位施工用水进行仿真分析，对其正常使用及损耗进行统计，确保用水的合理控制。运用BIM技术合理布置场地，协调现场给排水和施工用水情况，避免水资源的浪费。

3.2 工程施工结束，河床冲淤演变影响相应措施

1) 按照《河流流量测验规范》第1.0.8 条规定，加密流量测验测次。

2) 按照《河流流量测验规范》第3.1.2 条规定，加密水文测验河段水道断面测量。

3) 进行基本测验断面与辅助断面的悬移质泥沙对比测验，分析论证辅助断面的代表性和水文测验河段水流挟沙能力及工程影响。

3.3 工程建设影响相应措施

1) 按照《河流流量测验规范》第4.2.1 条“测速垂线的布设以均匀分布，并能控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点，无大补大割。”的规定，在高、中、低水位级分别校检、调整流量测验断面的测速、测深垂线。

2) 按照《河流悬移质泥测验规范》第3.5.1 条“采用单断沙或单断颗关系进行资料整编的站，在进行输沙率测验的同时，应采取相应单样。”的规定、第3.5.2 条“兼作颗粒分析的输沙率测次，应同时观测水温。当单位含沙量取样方法与单颗取样方法相同时，可用相应单样做颗粒分析; 不同时，应另取水样作颗粒分析。”的规定，第3.5.3 条“相应单样的取样次数，在水情平稳时取一次; 有缓慢变化时，应在输沙率测验的开始、终了各取一次; 水沙变化剧烈时，应增加取样次数，并控制转折变化。”的规定，第4.1.1 条“单样含沙量测验方法应能使一类站单断沙关系线的比例系数在0.95 ～1.05，二、三类站在0.93～1.07。”的规定，在高、中、低不同水位级分别校核、调整单样曲线。

3) 根据《水文情报预报规范》( 一) 第1.3.3.3条规定，进行工程影响洪水水文预报方案修订: ①在工程上游50 m、100 m、200 m、300 m、400 m、500 m、600 m处河段和下游100 m、200 m、300 m、400 m、500 m处河段共布设12 处断面，进行水文测验河段过流能力推算。②根据推算得的水文测验河段河道不同水位级过流能力，修订洪水水文预报方案。③按照《水文资料整编规范》第5.3.4 条、第5.3.5 条、第5.4.2 条、第5.4.4 条、第5.4.5 条规定，进行水文资料系列一致性、代表性分析论证。④按照《《水文普通测量规范》［5］第3.1.1 条“水文测站的地形测量应在建站初期进行。以后地形有显著变化时应重新测量或局部重测。”的规定，在工程前后时期分别进行水文测验河段地形测量。

4 措施实施

工程影响相应措施包括工程措施和非工程措施实施。

4.1 工程措施

包括:工程措施包括: 辅助断面的简易渡河设施1 处，起点距定位设施1 处，水尺3 支、水准点1 处。

4.2 非工程措施

非工程措施包括:

4.2.1 工程施工期

工程施工期加密基本测验断面水位流量测验，水文测验河段水道断面测验: 在工程上游河段设立辅助断面进行工程影响悬移质泥沙测验。

4.2.2 工程施工结束测验河段冲淤演变期

加密基本测验断面水位流量测验，水文测验河段水道断面测验，流量年加密10 次/2a计，水道断面年加密2 次/2a计;基本测验断面与辅助断面进行悬移质泥沙对比测验，校核分析辅助断面代表性及测验断面工程影响，按高、中、低水位级共比测6 次。

4.2.3 工程建设影响相应措施

基本测验断面流速垂线、测点代表性、单断沙关系代表性分析，在高、中、低水位各施测3 次: 进行工程影响水文测验河段过流能力分析、修订洪水水文预报方案;进行工程前后水文测验河段地形测量: 进行工程影响水文资料系列一致性代表性分析。

［1］水利部长江水利委员会水文局．GB50179—93 河流流量测验规范［S］. 北京: 中国计划出版社，1994．

［2］水利部长江水利委员会水文局． GB/T50138—2010 水位观测标准［S］. 北京: 人民出版社，2010．

［3］水利部水利信息中心． SL250—2000 水文情报预报规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，2000．

［4］水利部水文局． SL247—1999 水文资料整编规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，1999．

［5］中华人民共和国水利部水文司. SL58—93 水文普通测量规范［S］. 北京: 中国水利水电出版社，1993．