施工期壩下游水位流量關(guān)系主要影響因素

1、施工期壩下游水位流量關(guān)系主要影響因素1 基本情況工程專用水文站自 2011 年 3 月 9 日起開始收集水位、流量資料，流量采用流速儀法或走航式 ADCP 測驗。水文站位于壩址下游約 2.4km 處右岸山前階地，區(qū)間無支流匯入，測流斷面位于兩彎道之間，河流順直長度約 1km,單式斷面，河段控制條件良好。定線時段內(nèi)工程處于大壩建設(shè)期，河水自壩上庫區(qū)流經(jīng)導(dǎo)流洞至下游河道。2011 年 4 至 10 月水位流量關(guān)系點呈窄幅帶狀分布，不滿足單一曲線定線要求，分析發(fā)現(xiàn) 8 月 6 日后水位流量關(guān)系點由穩(wěn)定單一曲線逐漸向右偏移，具體表現(xiàn)為相同水位下流量明顯增大。4 至 10月實測水位流量關(guān)系點分布圖見圖

2、1.選擇 2 次水位接近的實測流量資料進行分析，見表 1.同水位級測驗斷面面積變化較小，略有沖刷。9 月 3 日斷面平均流速與斷面最大流速成果明顯偏大，導(dǎo)致流量偏大 10%以上。2 水位流量關(guān)系主要影響因素影響水位流量關(guān)系的因素可以分為單次測驗成果影響因素和河槽控制條件兩個方面，分析其主要影響因素對水位流量關(guān)系定線合理性檢查具有非常重要的意義。測驗時段內(nèi)引起水位流量發(fā)生不穩(wěn)定變化的主要原因可能為：（1）修改 ADCP 盲區(qū)參數(shù)影響實測流量成果。8 月 12 日起，變更ADCP 的盲區(qū)參數(shù)，由原來的 WF10 改為 WF25.（2）下游回水頂托。水文站流量測驗斷面距河口 17.6km,干流水位上

3、漲造成回水頂托現(xiàn)象，影響斷面流量。（3）斷面沖淤變化。8 月初，測驗河段出現(xiàn)較大洪水過程，8 月 6日，實測流量為 624m3/s,斷面沖淤變化影響實測流量。（4）工程施工活動影響。上下游圍堰合龍后，壩上庫區(qū)形成，改變了河道的天然形態(tài)，庫區(qū)蓄水通過導(dǎo)流洞泄入下游河道，庫區(qū)對洪水起到了一定的調(diào)蓄作用。導(dǎo)流洞下游一公里范圍內(nèi)，兩岸及河槽中有大量工程開挖后形成的棄土、棄石，導(dǎo)致河水流態(tài)紊亂。洪水沖刷以及壩下游河床開挖、施工等，都會導(dǎo)致河段控制條件發(fā)生變化，從而影響水位流量關(guān)系。2.1 修改 ADCP 盲區(qū)參數(shù)對實測流量的影響分析斷面流量采用 1200KHz ADCP GGA 模式測驗，ADCP 上盲

4、區(qū)參數(shù)直接影響斷面實測部分流量，間接影響上盲區(qū)流量插補，從而影響斷面總流量。8 月 12 日第 28 次流量開始，盲區(qū)參數(shù)由 WF10 改為 WF25.瑞江系列 1200KHz ADCP 命令參數(shù)列表如表 2.9 月 3 日，在相同水位條件下，分別設(shè)置不同的盲區(qū)參數(shù)后進行流量比測，對比實測流量成果，見表 3,WF 改變后，ADCP 測得的流量值差別很小，WF 參數(shù)變更對實測流量無影響。2.2 回水頂托影響分析水文測驗斷面距下游出口 17.6km, 調(diào)查發(fā)現(xiàn)下游干流在 7、8、9三個月持續(xù)高水位，斷面水位流量關(guān)系可能受下游干流回水頂托影響。點繪水文站出口站（出口上游 4km）2011 年 6、7

5、、8 三個月份的水位落差關(guān)系圖（兩站基面不同），如圖 2.表明同水位級 8 月份落差均比 6 月、7 月小，若水位流量關(guān)系受下游回水頂托影響，同一水位流量應(yīng)減小，這與實際情況不符，考慮到測流斷面距出口較遠，且河道縱比降較大，可以斷定測驗斷面不受回水頂托影響。2.3 斷面沖淤變化影響分析測驗斷面位于山前階地，砂質(zhì)河床，河段比降較大，水流湍急。斷面沖淤變化可能會對水位流量關(guān)系造成影響。從 6 月 25 日至 9 月 27 日共 8 次 ADCP 實測流量原始資料中提取固定垂線水深數(shù)據(jù)，整理后繪制河底高程變化圖，見圖 3.表明測驗斷面河床相對穩(wěn)定，8 月 6 日洪峰經(jīng)過時，右岸部分河床沖涮，但沖刷面

6、積較小，河底高程變化最大處的變化量不足 0.5m,沖淤部分寬度大約 20m,沖刷面積為 10m2左右，僅為斷面總面積的 4%,且49 月水位面積關(guān)系良好，見圖 4,為單一關(guān)系。表明斷面沖於變化不是同水位流量發(fā)生變化的主要影響因素。2.4 水電站施工活動影響分析2.4.1 基本情況介紹水電站大壩施工階段庫區(qū)水位抬升后通過導(dǎo)流洞流入下圍堰下游河，原有的天然河道水力特性因工程施工而發(fā)生變化。導(dǎo)流洞入口上游為導(dǎo)流明渠，長約 480m,導(dǎo)流洞長 531m,為減緩導(dǎo)流洞流出的湍急水流對河道岸坡的沖刷，下游河道兩岸均進行了拋石護岸，汛前導(dǎo)流洞出口順水流方向有一道沙礫石棄土堆積而成的丁字壩，自導(dǎo)流洞出口右側(cè)小

7、角度向河心延伸約 60m,對導(dǎo)流洞流出的湍急水流起到一定的阻水消能作用，7 至 9 月共出現(xiàn)三次較大的洪水過程，見表 4.洪水通過前后丁壩形態(tài)發(fā)生明顯變化，可能導(dǎo)致河段控制條件發(fā)生變化，從而影響水位流量關(guān)系。2.4.2 河槽特性變化情況分析天然河道非均勻流條件下，糙率是反映水流平面形態(tài)、河道水力因素、斷面情況等綜合影響的系數(shù)。分析所用流量數(shù)據(jù)采用 4 月13 日至 9 月 27 日水文站 40 次實測流量資料，水位采用測流平均時間對應(yīng)的水文站基本水尺水位及導(dǎo)流洞出口斷面水位。根據(jù)曼寧公式：H 采用導(dǎo)流洞出口斷面與水文站基本水尺斷面水位之差，L采用設(shè)計值 3km,測驗斷面屬于窄深式斷面，最高水位

8、時平均水深也不超過 5m,故水力半徑 R 采用平均水深。圖 5 表明 4 至 9 月相同水位條件下導(dǎo)流洞出口與水文站基本水尺斷面間的落差有減小的趨勢。圖 6 表明 8 月 6 日后導(dǎo)流洞下游河槽糙率發(fā)生了明顯變化，造成河槽糙率變小的原因可以確定為洪水對河槽的沖刷作用。由于洪水水流長時間沖刷導(dǎo)流洞出口以下河槽，導(dǎo)流洞出口處丁壩大部分沖毀，壩體沖毀后對導(dǎo)流洞泄水的阻力減小，消能作用減弱，洪水過程帶走了河槽中對水流造成阻力的土石堆、建筑垃圾、棄土等，沖深了河床，水流更加順暢，相應(yīng)表現(xiàn)為同水位河槽的糙率減小、流速增大，水位落差減小，在導(dǎo)流洞出口流量相同的情況下，水文站測驗斷面流速增大、水位降低，水文站斷面同水位條件下流量增大。3 結(jié)束語通過成因分析發(fā)現(xiàn)工程施工活動是影響水位流量關(guān)系變化的主要因素，結(jié)合測驗時段內(nèi)水情特點最終定線方案為：以時間過程為依據(jù)確定兩條臨時曲線，8 月 6 日后隨著水位的下降由原單一關(guān)系線逐漸過渡到新的單一關(guān)系線，9 月中旬新單一曲線趨于穩(wěn)定。施工期水電站壩下游水文監(jiān)測斷面水位流量關(guān)系受多種因素的綜合影響，一般情況關(guān)系較為復(fù)雜，對于斷面沖淤變化較小、不受頂托影響的監(jiān)測斷面，影響水位流量關(guān)系的主要因素為工程施工活動，應(yīng)根據(jù)工程施工進度及水情