施工期坝下游水位流量关系影响因素分析

孙明元　黄晶晶　叶坤

摘 要：水电站施工期水位流量关系受多种因素的综合影响，呈现出不规律的特点。施工期坝址附近水位流量关系分析对水电站施工和调度运行以及电站防洪预案的编制、水文资料整编、电站可能发生的设计变更都具有非常重要的意义。文章以西南某水电站工程施工期水位流量关系为例，通过成因分析，分析了可能造成水位流量关系发生变化的主要因素，为水位流量关系定线找到了合理的依据。

关键词：水位流量关系；施工期；影响因素

1 基本情况

工程专用水文站自2011年3月9日起开始收集水位、流量资料，流量采用流速仪法或走航式ADCP测验。水文站位于坝址下游约2.4km处右岸山前阶地，区间无支流汇入，测流断面位于两弯道之间，河流顺直长度约1km，单式断面，河段控制条件良好。定线时段内工程处于大坝建设期，河水自坝上库区流经导流洞至下游河道。

2011年4至10月水位流量关系点呈窄幅带状分布，不满足单一曲线定线要求，分析发现8月6日后水位流量关系点由稳定单一曲线逐渐向右偏移，具体表现为相同水位下流量明显增大。4至10月实测水位流量关系点分布图见图1。

选择2次水位接近的实测流量资料进行分析，见表1。

同水位级测验断面面积变化较小，略有冲刷。9月3日断面平均流速与断面最大流速成果明显偏大，导致流量偏大10%以上。

2 水位流量关系主要影响因素

影响水位流量关系的因素可以分为单次测验成果影响因素和河槽控制条件两个方面，分析其主要影响因素对水位流量关系定线合理性检查具有非常重要的意义。测验时段内引起水位流量发生不稳定变化的主要原因可能为：

（1）修改ADCP盲区参数影响实测流量成果。8月12日起，变更 ADCP的盲区参数，由原来的WF10改为WF25。

（2）下游回水顶托。水文站流量测验断面距河口17.6km，干流水位上涨造成回水顶托现象，影响断面流量。

（3）断面冲淤变化。8月初，测验河段出现较大洪水过程，8月6日，实测流量为624m3/s，断面冲淤变化影响实测流量。

（4）工程施工活动影响。上下游围堰合龙后，坝上库区形成，改变了河道的天然形态，库区蓄水通过导流洞泄入下游河道，库区对洪水起到了一定的调蓄作用。导流洞下游一公里范围内，两岸及河槽中有大量工程开挖后形成的弃土、弃石，导致河水流态紊乱。洪水冲刷以及坝下游河床开挖、施工等，都会导致河段控制条件发生变化，从而影响水位流量关系。

2.1 修改ADCP盲区参数对实测流量的影响分析

断面流量采用1200KHz ADCP GGA模式测验，ADCP上盲区参数直接影响断面实测部分流量，间接影响上盲区流量插补，从而影响断面总流量。8月12日第28次流量开始，盲区参数由WF10改为WF25。“瑞江”系列1200KHz ADCP命令参数列表如表2。

9月3日，在相同水位条件下，分别设置不同的盲区参数后进行流量比测，对比实测流量成果，见表3，WF改变后，ADCP测得的流量值差别很小，WF参数变更对实测流量无影响。

2.2 回水顶托影响分析

水文测验断面距下游出口17.6km，调查发现下游干流在7、8、9三个月持续高水位，断面水位流量关系可能受下游干流回水顶托影响。

点绘水文站～出口站（出口上游4km）2011年6、7、8三个月份的水位～落差关系图（两站基面不同），如图2。表明同水位级8月份落差均比6月、7月小，若水位流量关系受下游回水顶托影响，同一水位流量应减小，这与实际情况不符，考虑到测流断面距出口较远，且河道纵比降较大，可以断定测验断面不受回水顶托影响。

2.3 断面冲淤变化影响分析

测验断面位于山前阶地，砂质河床，河段比降较大，水流湍急。断面冲淤变化可能会对水位流量关系造成影响。

从6月25日至9月27日共8次ADCP实测流量原始资料中提取固定垂线水深数据，整理后绘制河底高程变化图，见图3。表明测验断面河床相对稳定，8月6日洪峰经过时，右岸部分河床冲涮，但冲刷面积较小，河底高程变化最大处的变化量不足0.5m，冲淤部分宽度大约20m，冲刷面积为10m2左右，仅为断面总面积的4%，且4～9月水位～面积关系良好，见图4，为单一关系。表明断面冲於变化不是同水位流量发生变化的主要影响因素。

2.4 水电站施工活动影响分析

2.4.1 基本情况介绍

水电站大坝施工阶段库区水位抬升后通过导流洞流入下围堰下游河，原有的天然河道水力特性因工程施工而发生变化。导流洞入口上游为导流明渠，长约480m，导流洞长531m，为减缓导流洞流出的湍急水流对河道岸坡的冲刷，下游河道两岸均进行了抛石护岸，汛前导流洞出口顺水流方向有一道沙砾石弃土堆积而成的丁字坝，自导流洞出口右侧小角度向河心延伸约60m，对导流洞流出的湍急水流起到一定的阻水消能作用，7至9月共出现三次较大的洪水过程，见表4。洪水通过前后丁坝形态发生明显变化，可能导致河段控制条件发生变化，从而影响水位流量关系。

2.4.2 河槽特性变化情况分析

天然河道非均匀流条件下，糙率是反映水流平面形态、河道水力因素、断面情况等综合影响的系数。分析所用流量数据采用4月13日至9月27日水文站40次实测流量资料，水位采用测流平均时间对应的水文站基本水尺水位及导流洞出口断面水位。

△H采用导流洞出口断面与水文站基本水尺断面水位之差，L采用设计值3km，测验断面属于窄深式断面，最高水位时平均水深也不超过5m，故水力半径R采用平均水深。

图5表明4至9月相同水位条件下导流洞出口与水文站基本水尺断面间的落差有减小的趋势。

图6表明8月6日后导流洞下游河槽糙率发生了明显变化，造成河槽糙率变小的原因可以确定为洪水对河槽的冲刷作用。由于洪水水流长时间沖刷导流洞出口以下河槽，导流洞出口处丁坝大部分冲毁，坝体冲毁后对导流洞泄水的阻力减小，消能作用减弱，洪水过程带走了河槽中对水流造成阻力的土石堆、建筑垃圾、弃土等，冲深了河床，水流更加顺畅，相应表现为同水位河槽的糙率减小、流速增大，水位落差减小，在导流洞出口流量相同的情况下，水文站测验断面流速增大、水位降低，水文站断面同水位条件下流量增大。

3 结束语

通过成因分析发现工程施工活动是影响水位流量关系变化的主要因素，结合测验时段内水情特点最终定线方案为：以时间过程为依据确定两条临时曲线，8月6日后随着水位的下降由原单一关系线逐渐过渡到新的单一关系线，9月中旬新单一曲线趋于稳定。

施工期水电站坝下游水文监测断面水位流量关系受多种因素的综合影响，一般情况关系较为复杂，对于断面冲淤变化较小、不受顶托影响的监测断面，影响水位流量关系的主要因素为工程施工活动，应根据工程施工进度及水情变化灵活布置测次，控制水位流量关系的过渡变化，便于水情预报及整编推流。

参考文献

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