淮干整治对国家基本水文站监测影响及措施

柏正林，钱莜暄

（1.安徽省滁州水文水资源局，安徽 滁州 239000；2.安徽省·水利部淮委水利科学研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 工程建设基本情况

1.1 工程建设概况

淮河干流航道是安徽省北部主要水运通道，现状部分航段标准低，通航能力不足，制约了社会经济发展。航道整治建设工程起于淮河干流三河尖，止于蚌埠闸，长221.6km。 治理工程分为3段，其中，三河尖～临淮岗 （K0+000～K62+200）、 临淮岗～正阳关（K62+200～K92+200），现航道等级为Ⅴ级，分别按照Ⅲ级、Ⅱ级航道标准建设，正阳关至蚌埠闸段（K92+200～K221+600），由现状Ⅲ级航道建设为Ⅱ级航道。工程设计Ⅲ级航道水深3.2m，底宽单线30m，双线为60m；Ⅱ级航道水深4.0m，底宽单线45m，双线90m。此外，还配套建设服务区2处，锚地7处。

1.2 测站所在河段建设工程情况

鲁台子水文站监测断面位于整治航道K105+426，于正阳关至蚌埠闸段，按照Ⅱ级航道标准建设。航道整治工程措施为切滩、 疏浚和锚地建设等 （图1）。切滩、河底疏浚工程措施于鲁台子站监测断面上游2.1～2.9km河段范围，两岸切滩边坡为1∶5，左、右岸切滩长度分别为419，516m。 现状左岸滩地高程12.00～12.70m，右岸滩地高程12.4～13.50m，分别切滩至河底高程12.34m； 现状槽底高程9.3m， 疏浚整治后，底宽度90m，底高程12.34m。

图1 鲁台子水文站所在河段航道治理工程示意图

锚地工程建于断面上游约3.5km处，临航道左岸滩地建设。现滩地高程12.1～13.50m，按照边坡1∶3，开挖至底高程12.34m。 锚地建设后，河段断面面积增加22.3m2。

工程施工采用200～400m3/h绞吸式挖泥船和抓斗式挖泥船。水上土方开挖采用反铲挖掘机；水下开挖采用抓斗式挖泥船。

2 水文监测站基本情况

2.1 测站概况

鲁台子水文站设立于1920年6月，建于淮河干流中游，属于国家重要水文站、中央报汛站、一类精度站，担负防汛抗旱、水污染防治及为闸坝运行管理服务等重要任务。 淮河发源于河南、 湖北交界的桐柏山，向东流经安徽、江苏入洪泽湖，出湖后分入长江和黄海，流域面积27万km2，全长1000km。流域多年平均降水量875mm，降水量时空分布不均，产生暴雨的天气系统主要是切变和低涡，降雨历时长，降雨范围广。 洪水由暴雨产生，洪峰持续时间长，洪水量大。

测站位于安徽省凤台县鲁台子村， 集水面积88630km2，距淮河入河口294km，测验河段顺直，水位22.00m以上漫滩，左岸滩地宽约80m，右岸滩地宽约550m，河道宽约1030m。 河床为沙壤土质，稍有冲淤变化。 断面上游12km处左岸有颍河汇入，18km处右岸有淠河汇入。

水文监测项目有水位、流量、含沙量、降水量、蒸发量、地下水位、地下水水温、水质、墒情等，受到工程建设影响的水文监测项目有水位、流量、泥沙、水质等。实测历年最大降水量1458.5mm（2003年），最高水位24.69m（2003年7月），最低水位14.68m（1953年6月），最大流量12700m3/s（1954年）。

2.2 现状水文监测方案

2.2.1 水位监测

（1）该站水位监测使用浮子式WFH-2型全程机械编码遥测水位计，按照GB/T50138—2010《水位观测标准》要求观测，以能测得完整的水位变化过程，满足日平均水位计算、推求流量、各项特征值统计、水文资料整编和水情拍报要求为原则［1］。 水位监测以遥测为主，采用人工观测校核。

（2）遥测水位计系统运行正常时，每日8：00，20：00各校核1次， 水位变化较大时适当增加校测次数，出现故障时，采用人工观测。

（3）人工观测根据水位变化情况进行，水位平稳或变化缓慢时，每日8：00，20：00观测；水位变化较大时（日变幅小于0.50m），按4段制观测；洪水期或水位变化急剧时，每日按照8段制观测，峰顶、峰谷、水位过程转折处应布置测次。

2.2.2 流量测验

流量测验按照水文测验规范要求进行， 以满足定线、准确推求逐日流量和各项特征值为原则。该站常规流量测验以流速仪为主，ADCP施测为辅。 测验垂线采用河段设立辐射杆定位。 洪水期每次较大洪水过程，一般测流不少于5次，其中，涨水、落水段各测2次以上，峰顶附近测流1次。 平水期每2～3d测流1次，根据水位变化适时加测，满足连实测流量过程线法推流整编要求［2］。

大洪水时，使用ADCP测流，测流前对ADCP进行自检，并记录自检结果。流量相对稳定时，进行2个测回流量施测，取均值作为实测流量值；特殊水情宜完成1个测回流量施测，每半测回流量值与平均值的偏差不得大于5%，超出范围进行重测或改用流速仪法测流。

2.2.3 悬移质泥沙测验

按照GB50159—92 《河流悬移质泥沙测验规范》，单样含沙量测验，根据河段含沙量特性布置测次， 控制含沙量变化过程， 满足推算逐日平均含沙量、输沙率及特征值要求［2］。 单沙采用固定取样垂线位置测取，采用过滤法处理；输沙率测验根据流量、沙量变化情况布置测次， 满足单断沙关系曲线定线和验算要求，现状每年施测输沙率10次以上。

2.2.4 水质监测

水质监测严格按照SL219—1998《水环境监测规范》的有关要求执行。 每周三采集水样1次， 分淮河断面左、 中、 右三垂线于水面以下0.5m处或半深处（当水深小于1m时）采集水样。 每份水样体积不少于2000mL， 有现场固定要求或增加临时项目时， 按有关规定执行。 水质分析项目有氨氮、高锰酸钾指数、pH、溶解氧、色度等。 按照测站任务书要求密切监视河段水质变化情况，发生水质污染事故，及时向上级及有关部门报告。

3 工程建设对水文监测的影响分析

3.1 对水流特性影响分析

航道整治工程建设后， 测验河段水流特性发生变化。 本文采用荷兰德尔夫特水力研究院（DELFT HYDRAULICS）开发的DELFT3DFLOW模型软件，计算工程建设前后水位、流速及流场的变化。计算区域自王家坝至蚌埠闸，计算节点采用王家坝、润河集、临淮岗闸、正阳关、凤台、涡河口、蚌埠闸上等，以高水（2003年）、平水（1973年）和低水（1994年）为计算水文条件。 根据模拟需要，用上游王家坝入流、下游蚌埠闸出流作为边界条件，以史河、淠河、沙颍河、涡河支流作为旁侧入汇条件， 主要率定参数为河道糙率。 限于篇幅，模型建立、模型率定与验证过程略。

3.1.1 水位

模型计算结果表明，航道整治后水位降低，工程前后高、 中低水年份， 水位分别降低0.011，0.012，0.011m，如表1。

表1 鲁台子站不同水文条件工程前后水位变化情况

3.1.2 流速及流场

测流断面流速分布发生变化如表2， 表3。 高水年， 平均流速增加0.010046m/s， 最大流速增加0.010199m/s；平水年，平均流速增加0.01016m/s，最大流速增加0.010794m/s； 低水年， 平均流速增加0.010314m/s；最大流速增加0.01005m/s。

表2 不同水文条件鲁台子站断面平均流速变化

表3 不同水文条件鲁台子水文站断面最大流速变化

此外，根据流场变化图分析（图略），由于航道断面的变化，局部流速分布变化明显，断面流场发生变化。

3.2 对水文监测影响分析

3.2.1 对水位流量监测影响

由于工程建设改变水流特性， 使断面流速大小及分布发生变化，原定的断面测速（深）垂线需要重新布设， 原布设的测验垂线定位辐射杆需要拆除新建。 同时，水流关系特性的改变，使现有流量测验方案不能满足要求［3］。

河段为沙壤土质，工程施工中水流泥沙含量增加，造成水位井进水口淤积，影响自记水位计正常运行，使自记水位数据“失真”。 此外，河道疏浚、切滩扰动水流，对水位井进水口结构安全也造成一定的影响。

3.2.2 对悬移质泥沙测验影响

鲁台子站按照一类精度要求进行泥沙测验，输沙率整编采用单断沙关系法，单、断沙关系线的比例系数为1.00，相关关系良好。 工程建设改变了水流特性，并使河道含沙量及其分布发生变化，既有单断沙关系线也发生变化，需要调整垂线布置、测沙测次等测验方案，并重新分析率定单断沙关系线。

3.2.3 对水质监测影响

工程建设进行的河道开挖、 水下围堰等施工主要引起河道含沙量变化，不会引起水体化学变化。水下建筑物施工安排在枯水期进行， 施工中采用相应环境保护措施，施工结束后，及时清理临时建筑物和河道行洪障碍物等， 工程建设及运行不会对河段水质造成较大影响。工程施工中使用大型机械，可能会造成局部河段油污污染，造成水质变化。

4 水文监测影响补救措施

4.1 水位观测补救措施

调整断面测流垂线布设， 拆除原测流定位辐射杆，按照新布设垂线重新建设［5］。

汛前、汛后对水位井进水口清淤，每日检查进水口情况，发现淤积随时清淤。密切关注水位计运行情况，水位记录及时与人工观测值比较，确保数据准确可靠。 航道建设期间，对水位监测方案进行调整，在现监测方案基础上，增加人工监测水位频次，由原来的人工每日8：00观测1次， 增加到每日8：00，14：00，20：00 3次观读水位，在峰顶、峰谷、水位过程转折处布置测次，水位变化急剧时，再加密观测次数。 对井水口采取加固工程措施，保证水位井结构安全。

4.2 流量测验影响补救措施

工程建设影响措施分为工程建设期间、 工程建设后。工程建设期间，采用在原测验方案基础上增加流量测次的补救措施［5］。 汛期根据洪水过程，按照涨水3～4个测次，落水3～5个测次布置测次，每场洪水加测至7～9测次，满足连时序法推流要求。 非汛期适当增加测次，控制流量变化转折点，满足连实测流量过程线法推流要求； 工程建设完成后， 除增加流量测次，满足资料整编要求外，采取两套测流方案，即采用常测法测流的同时，采用流速仪精测法进行比测，积累足够流量测次后，及时进行资料分析，确定测速垂线及流量测次布置方案。

4.3 泥沙测验影响补救措施

工程建设期间，采取增加单沙测次措施，工程建设完成后，在增加单沙测验同时，增加断沙测次，分析泥沙分布规律，制定单断沙关系线。

4.3.1 泥沙测验测次相关规定

（1）悬移质单沙。悬移质泥沙单样含沙量的测次分布，应能控制含沙量的变化过程［4］，洪水期，每次较大洪水， 一类站不应少于8次， 二类站不应少于5次，三类站不应少于3次，洪峰重叠、水沙峰不一致或含沙量变化平缓时，适当增加测次。在含沙量变化剧烈时，增加测次。 汛期平水期，每日取样1次，非汛期含沙量变化平缓时，一类站2～3d取样1次，二、三类站5～10d取样1次。

（2）悬移质输沙率。一类站历年单断沙关系线与历年综合关系线比较［5］，其变化在5%以内时，年测次不应少于15次。 二类、三类站作同样比较，其变化在5%以内时，年测次不应少于10次。 其变化在2%以内时，年测次不应少于6次，并均匀分布在含沙量变幅范围。 单断沙关系线随水位级或时段不同分为两条以上曲线时，每年悬移质输沙测次，一类站不应少于25次，二、三类站不应少于15次。

4.3.2 补救措施方案

采取增加单、断沙测次措施方案，即除满足上述测验规范要求外，再增加测次［5］。 鲁台子站为一类站，洪水期单沙测验按照每场洪水涨水段增加2～3个测次，落水段增加3～4个测次布置。 非汛期适当增加测单沙测次，控制泥沙变化转折点，满足泥沙整编要求；工程建设期间，增加断沙测次5次以上，使输沙率测次不少于15次。工程建设完成后，每年增加断沙测次10次以上，使年输沙测次不少于20次。积累足够资料后进行分析，重新率定单、断沙关系线。

4.4 水质监测影响补救措施

施工中开挖土方应该堆放于河道范围以外，及时清理施工、生活垃圾。 加强对施工设备的管理与维修保养， 杜绝泄露石油类物质及所运送的建筑材料等，避免对水域造成污染，有关部门应就施工中可能造成的水质污染制定防治预案，并报有关部门批准。

5 结语

（1）淮河干流航道整治工程建设使鲁台子站水流沙特性发生变化，对水文监测设施及水位、流量、泥沙、水质监测等造成一定影响，应根据相关法规要求采取相应补救措施。此外，工程建设使测站河槽及断面控制特性改变，使汇流特性、参数发生改变，需对水文预报方案进行修订，保证水文预报精度，提高淮河流域防洪减灾能力。

（2）施工中应加强环境保护及水土保持工作，接受水行政主管部门的监督。特别注意的是，工程施工采用的挖泥船等大型机械，一旦漏油造成水体污染，应及时加测并上报有关部门。

（3）工程建设单位应在项目开工前将实施计划（方案）书面通知水文部门，以便制定相应水文监测方案。 水文部门应针对测站实际情况与测站任务书要求，及时组织技术力量，制定航道整治建设期和整治完成后的具体水文监测方案， 减少工程建设对水文测报的影响。