◎ 李春 珠江水利科學(xué)研究院

隨著水資源的開發(fā)利用和水利工程的建設(shè)，河流的水沙情勢(shì)受到較大影響。部分水利工程的建設(shè)會(huì)導(dǎo)致水文站的遷址，比如江蘇省的魏村樞紐改建曾致魏村水文站遷址，而水文站遷址可能會(huì)造成水文資料無法確保完整性以及連續(xù)性。下磯角工程是東江規(guī)劃的梯級(jí)電站，其位置距離嶺下水文站較近，本文以下磯角工程對(duì)嶺下水文站的影響分析為例，說明水利樞紐工程建設(shè)對(duì)水文監(jiān)測(cè)工作的影響。

1.工程背景及水文站概況

1.1 工程背景

東江航道是廣東省“一橫一網(wǎng)三通道”航道新格局的重要組成部分，是龍川、河源、惠州等地通往珠江三角洲地區(qū)的水上通道，隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，沿江兩岸礦冶、建材等工業(yè)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，必將促進(jìn)水運(yùn)量的增加。結(jié)合東江水利水電梯級(jí)開發(fā)，發(fā)揮水資源的綜合效益，廣東省擬將河源至石龍航道按Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級(jí)建設(shè)。

東江河源至石龍航道擴(kuò)能升級(jí)工程除對(duì)現(xiàn)有四座樞紐（木京、風(fēng)光、瀝口和劍潭）船閘進(jìn)行改造升級(jí)外，為保證航道銜接，并結(jié)合水資源配置需求，根據(jù)以往規(guī)劃，還擬新建下磯角樞紐。

1.2 下磯角樞紐

下磯角樞紐位于惠州市橫瀝鎮(zhèn)墨園村附近，為規(guī)劃的東江干流上的第13個(gè)梯級(jí)，下游與劍潭、上游與正在興建的瀝口梯級(jí)銜接。下磯角樞紐正常蓄水位為17.74m，水庫(kù)相應(yīng)庫(kù)容為0.795億m3，電站裝機(jī)28MW，設(shè)計(jì)通航船舶噸位1000t。樞紐泄水閘設(shè)2 0 孔，每閘孔凈寬14m，設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期采用50年一遇，校核洪水重現(xiàn)期300年一遇。

1.3 嶺下水文站

嶺下水文站設(shè)于1953年8月，位于惠州市惠城區(qū)橫瀝鎮(zhèn)嶺下村。該站為國(guó)家水文站，是東江中下游匯秋香江、公莊水后的控制站，監(jiān)測(cè)東江中下游水文要素，收集基本水文信息，開展水文情報(bào)預(yù)報(bào)。同時(shí)為國(guó)家長(zhǎng)期積累基礎(chǔ)信息、分析水文特性規(guī)律、流域區(qū)域防洪調(diào)度、水文情報(bào)預(yù)報(bào)、水資源管理、生態(tài)保護(hù)、航運(yùn)等提供重要支撐。

嶺下水文站位于下磯角樞紐工程上游約6km處，位于東江左岸。

2.數(shù)學(xué)模型

為分析下磯角工程對(duì)河道水位和流態(tài)的影響，采用河道二維模型進(jìn)行模擬計(jì)算，并對(duì)工程前后河道水位和流速等的變化進(jìn)行了分析。

二維水流數(shù)學(xué)模型基本方程采用納維-斯托克斯方程。數(shù)值求解方法為有限體積法，基本原理為將計(jì)算域分成若干三角單元。

本次模型包括工程上游觀音閣鎮(zhèn)伍塘村至下游橫瀝鎮(zhèn)附近，總長(zhǎng)約50k m的河道范圍。本次模型計(jì)算根據(jù)不同流量分級(jí)下磯角壩下～嶺下水文站糙率采用0.027～0.030、嶺下水文站～瀝口梯級(jí)糙率采用0.027～0.036。

選取2017年兩次實(shí)測(cè)成果，分別計(jì)算Q=335m3/s和Q=1036m3/s兩種工況進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證情況見圖1和圖2。

選取P=0.3 3%（校核標(biāo)準(zhǔn)，12600m3/s）、2%（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，10800m3/s）、枯水期(單機(jī)滿發(fā)流量，205.92m3/s)共3 組水文頻率進(jìn)行計(jì)算分析。上游邊界為流量，采用各設(shè)計(jì)流量值。下游邊界為水位，采用各設(shè)計(jì)頻率情況下下邊界對(duì)應(yīng)的水位（22.77m、21.96m、10.94m）。

3.工程建設(shè)對(duì)嶺下水文站的影響分析成果

3.1 對(duì)洪水流量的影響分析

下磯角樞紐是徑流式電站，樞紐運(yùn)行調(diào)度規(guī)則為在滿足下游河道取水、壓咸與生態(tài)環(huán)境用水需求的前提下，按來多少水放多少水進(jìn)行調(diào)度，維持庫(kù)區(qū)正常蓄水位17.74m，保障船舶通航水位要求，兼顧發(fā)電。當(dāng)博羅流量小于供水臨界流量時(shí)，動(dòng)用下磯角樞紐的庫(kù)容用于供水，當(dāng)庫(kù)區(qū)水位到達(dá)死水位時(shí)，停止供水。下磯角樞紐工程建設(shè)對(duì)嶺下水文站的總流量沒有影響。

3.2 對(duì)水位的影響分析

根據(jù)計(jì)算成果，工程建成后，枯水期水文站附近水位大幅上升，平均漲幅5.67m；洪水期嶺下水文站附近水位小幅上漲，2%洪水時(shí)上漲約0.16m，0.33%洪水時(shí)上漲約0.18m。

3.3 對(duì)洪水流態(tài)的影響分析

①洪水期。流速整體呈減小趨勢(shì)，2%、0.33%洪水時(shí)流速最大減小值分別為0.17m/s、0.27m/s，位于近河道右岸處。2%洪水時(shí)最大流向偏轉(zhuǎn)角為0.5°，平均偏轉(zhuǎn)角0.3°；0.33%洪水時(shí)流向最大偏轉(zhuǎn)角1.9°，平均偏轉(zhuǎn)角0.6°；洪水期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流向變化很小。

②枯水期。在枯水條件下，河道水位大幅上漲，嶺下水文站測(cè)流范圍內(nèi)東江水流流速大幅減小。監(jiān)測(cè)點(diǎn)工程前平均流速0.32m/s，工程后平均減小0.24m/s，平均減幅為76%；最大減小值0.38m/s，最大減幅達(dá)90%。

枯水期最大流向偏轉(zhuǎn)角12.9°，平均偏轉(zhuǎn)角4.6°；枯水期監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流向變化明顯比洪水期大。

3.4 對(duì)嶺下水文站監(jiān)測(cè)設(shè)施的影響

3.4.1 對(duì)監(jiān)測(cè)斷面、水尺的影響

嶺下站共設(shè)置直立式水尺三套，編號(hào)P1、P2和P3，分別位于水位臺(tái)及河道內(nèi)。工程完工后，正常蓄水水位為17.74m，現(xiàn)有水尺將被淹沒，P2、P3水尺無法使用，對(duì)監(jiān)測(cè)斷面影響很大。

3.4.2 對(duì)水位觀測(cè)設(shè)施的影響

嶺下站水位測(cè)量選用的是WFZ-2 A型浮子式水位計(jì)。洪水條件下，在嶺下站測(cè)流范圍內(nèi)流速最大減小0.27m/s，流向最大變化1.9°；枯水條件下，嶺下站測(cè)流范圍內(nèi)流速最大減小0.38m/s，流向最大變化12.9°。嶺下站位于工程流速影響范圍內(nèi)，水位計(jì)附近的水域可能受下游河床的沖淤調(diào)整而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，影響水壓的變化從而影響水位的觀測(cè)精度。

3.4.3 對(duì)流速觀測(cè)設(shè)施的影響

嶺下站常規(guī)采用旋槳流速儀，枯水期偶有采用聲學(xué)多普勒流速儀（M9）全斷面船載走航測(cè)量。工程建成后，河道流速呈減小趨勢(shì)。M9測(cè)流范圍內(nèi)流速的改變會(huì)導(dǎo)致與斷面平均流速推求關(guān)系的改變，進(jìn)而影響嶺下站流量成果。由于M9安裝在測(cè)流船上，工程對(duì)流速觀測(cè)設(shè)施影響?。坏洚a(chǎn)生的水體擾動(dòng)和河床穩(wěn)定性變化，會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，使測(cè)得的代表線流速與斷面平均流速的關(guān)系改變。

4.結(jié)語(yǔ)

下磯角樞紐工程對(duì)嶺下水文站的正常觀測(cè)尤其是枯水期的觀測(cè)影響很大，會(huì)造成現(xiàn)有水尺及碼頭無法使用，監(jiān)測(cè)斷面的水位流量關(guān)系變化較大，水文站需要重建或遷站。

建議嶺下水文站對(duì)工程建設(shè)前后的對(duì)比監(jiān)測(cè)來校核嶺下站的水位、流量、流速和水質(zhì)數(shù)據(jù)，建立工程前、后水文資料的關(guān)系，保障本站未來水文資料系列與歷年資料系列保持一致，繼續(xù)為探索該區(qū)域水文基本規(guī)律，滿足該地區(qū)的水文分析計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、水資源評(píng)價(jià)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等多方面服務(wù)。