桥测流量及定线方法在通榆河输水测验上的应用

陈松明，严 莉，薛海峰

（江苏省水文水资源勘测局盐城分局，江苏 盐城 224051）

1 概述

通榆河于2002 年在盐城市境内全线贯通，为了研究干旱期通榆河的输水能力和输水效益，掌握洪水期南部高水北压对排洪的影响情况，定量分析洪水期通榆河对“四大港”排洪的影响程度，本文选用2006 年～2010 年汛期期间利用水文巡测方法进行通榆河输水测验的工作成果进行分析。

对于桥测的测验精度，国内外早有试验研究表明，桥上测流精度均能达到水文规范要求。以盐城市为例，在22 个国家基本水文站中，把桥上测流作为第二套测洪方案备用的站点数量多达20 个，桥测对确保流量资料测得到、测得准、测得及时发挥着重要作用。在八十年代末，在盐城市水文巡测工作中就对船、桥测进行了对比试验；近年来各水文站桥测与缆道测流对比试验同样表明，桥测方法在日常水文测验工作中是适用的、可行的。因此，本文就桥测的方法在通榆河输水测验工作中进行深讨。

2 桥上测流的技术方法

2.1 桥测的仪器设备

仪器设备主要包括：流速仪、铅鱼、钢丝绳、秒表等。

流速仪选用旋杯式或旋桨式流速仪。采用悬索铅鱼法测定水深和流量。

2.2 桥测断面位置的选择

桥测断面位置的选取对桥测流量成果的精度有较大影响。根据国内外桥测试验研究表明，由于桥墩的阻水作用，其周围形成强烈的旋涡流场，产生非常复杂的三维水流，且具有很大的淘刷功能，致使桥墩周围河床不稳定，水流也不规则。相比较而言，桥上游较平稳，而桥下游水流更为紊乱，流速仪不易稳定，距离桥墩愈近，测验精度愈差。因此，为了获取精度较高的实测数据，本文进行桥测所布设的断面均选择在桥梁上游一侧。

2.3 桥测阻水范围的观测

从客观实际出发，河道桥梁建成后，因受桥墩影响，过水断面被束窄，墩前的水位抬高，墩侧水流流速减小，河床受冲刷，水流状态在一定范围内被改变。为了界定桥墩阻水的范围，在测流过程中均安排专人进行目测，并作相应记录。

2.4 桥测的技术要求

（1）流量测次布设要遵循“高、中、低”水位和“大、中、小”流速的原则，即在水位过程的高水、中水、低水及涨水和落水过程。

（2）每次流量的施测时间应根据水流特性，尽可能缩短测流历时，控制测流时间。

（3）输水测验的关键要立足“准同步”，即尽可能在2～3小时内施测到东台～滨海段约150 km长的各断面流量，全面掌握通榆河沿线的输水状况。

2.5 桥测流量的精度对比分析

桥测流量成果的精度是否达到规范要求直接决定了能否采用桥测方法进行测流。因此，对桥测流量的精度进行对比分析至关重要。

本文以阜宁（射）水文站2015 年～2018 年比测成果为例，采用比测流量的方法进行验证。该站桥测断面布设于桥梁的上游，距离桥墩约1.9 m处，射阳河阜宁大桥共5 孔，在两侧4 个边孔的中心各布设一条垂线，中间通航孔（孔径为40 m）布设3 根垂线，采用0.2、0.8 两点法施测，全断面布设7 根垂线，采用常测法施测；比测缆道设在桥上游112 m处，全断面布设8 根测速垂线，并与桥测断面同步进行（桥与测流缆道基本平行），取得5次比测成果。见表1。

表1 阜宁（射）水文站桥测与缆道测流比测成果表

桥测与缆道测流相关分析表明：Q桥=1.0326 Q缆道，流量相关关系为0.9975，可见桥测流量成果具有较高的精度，是一种较为可靠的测流方法。

2.6 桥测流量的定线推流方法

经过实践证明，本文所采用的实测落差法进行定线推流在实际操作中获得了比较理想的成果。该方法的基本公式是：

其推流的一般步骤是：

①点绘Z～Q 关系，并在关系点旁注明落差值；②在Z～Q线读出线上流量Q'，计算；③点绘ΔZ～K曲线；④计算校正流量Qj；⑤反复校正各关系曲线，选择比较理想的线型推流。

（1）实测落差法

由于沟河串通，水面比降较小，为了获得一定的落差值，就必须加大落差水尺的间距，然而拉大落差水尺距离，又不可避免地有支流加入或分出。对此，我们只要将落差水尺设在本河的干流上，并且位置适当，就能取得较好的效果。落差值可选用下列四种情况中的任何一种或多种：①本站水位与下游站水位之差；②上游站水位与本站水位之差；③上游站和本站的平均水位与下游站水位之差；④上游站水位与本站和下游站的平均水位之差。

（2）两级落差校正法

如前所述，由于众多东西向河道与通榆河交叉，上下游流量不同，有的既受上游供水影响，又受下游变动回水影响，故可采用上游站与本站落差、本站与下游站落差、或上游站与本站和下游站平均水位之落差、上游站与下游站落差，进行两级落差校正的方法定线。该定线推流方法简述如下：

①点绘Z～Q关系曲线；

②点绘ΔZ1～K1关系曲线；

③点绘ΔZ2～K2关系曲线；

④反复校正各关系曲线，选择比较理想的线型推流。

3 应用实例

通榆河中段位于盐城市里下河地区中部，呈带状。该段通榆河设计河底宽50 m，河底高程-4.00 m，堤顶高程4.0 m，堤顶距为140 m左右，设计引水流量为100 m3/s，南端与泰东河相连，中间与 “四大港”等上百条河流平交，与苏北灌溉总渠、淮河入海水道等河流立交。

受外部因素的制约，通榆河输水测验每旬开展一次测量，每个流量断面汛期施测流量达15 次，如采用连实测流量过程法，测次偏少，推流精度不能满足要求。此外，因测区沿线水网密布，流向不定，圩区成群，平时圩口敞开，低水位时沟河串通，大暴雨高水位期，封圩向外河抽排，情势复杂，水位流量关系点据绝大部分较为散乱，往往出现同水位流量相差可达2～5 倍，且有正有负；同流量水位可差达1m左右等情况，高水位期更甚，无规律可言。显然，采用单一的水位流量关系进行推流也不可行。

本文选取在2006 年～2010 年连续五个汛期的通榆河输水测验中所取得的实测成果作为研究对象进行分析。在骨干河道上以“四大港”为界，共设置东台（通）、草堰（通）、大团（通南）等巡测流量站10 处。

为便于定线推流，除利用通榆河沿线（含附近）国家基本水位站8处：阜宁（射）、阜宁（通）、沟墩、上冈（黄）、盐城、大新河口、大团、东台（泰）外；另设置滨海枢纽（通）、伍佑港闸站等专用水位站8 处。现选取2009 年5月～9 月大团（通北）站施测情况为例，介绍桥测流量及其定线推流方法。

该断面位于亭湖区伍佑镇伍龙大桥（通榆河里程桩号为64+607），大桥三跨，最大跨径为70 m，测流断面距桥墩为1.9 m处，布设7根测速垂线，5月～9月共施测15 次常测法，流量在21.4 m3/s～105 m3/s之间，测点最大流速在0.096 m/s～0.46 m/s之间。

定线时，本文选取伍佑港闸水位，点绘Z～Q关系图，再以点绘ΔZ～K关系图。其中ΔZ为大团与大新河口和盐城站平均水位之差，即ΔZ=Z（大团）-Z1（大新河口+盐城）/2，见图1。

图1 桥测与缆道流量线性关系图

表6 240 m3/s泄洪边界线

4.6 防洪调度图

根据上述分析计算的点群，绘制卧虎山水库防洪调度图以指导汛期水库调度运行，见图2。

玉符河上游段0+000～15+600（卧虎山水库～G104）子河槽过流能力为240 m3/s，远小于本次使用的下游河道安全泄量800 m3/s。因此，卧虎山水库一旦开闸泄洪，必须提前向长清、槐荫、市中三区及南山区管委会发预警，让下游做好撤离准备，当泄流量超过240 m3/s时必须根据批复的水库防御洪水方案及时进行转移。

5 结语

大型水库在防洪兴利等方面发挥了巨大的作用，但在编制水库调度运用计划时，防洪和兴利产生矛盾不能同时满足时，水库防洪调度图该如何编制成了关键性技术难题。本次以卧虎山为工程实例，提出以水库设计报告成果为调度依据，结合下游河道实际，在调度图中绘制下游河道过流能力边界线，保障兴利功能的同时，将防洪风险边界线明确，水库一旦开闸泄洪，立即向下游发出预警，泄洪超过河道过流能力，下游必须立即按照批复的防御洪水方案及时进行转移。