柏正林，錢莜暄

（1.安徽省滁州水文水資源局，安徽 滁州 239000；2.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 工程建設(shè)基本情況

1.1 工程建設(shè)概況

淮河干流航道是安徽省北部主要水運(yùn)通道，現(xiàn)狀部分航段標(biāo)準(zhǔn)低，通航能力不足，制約了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。航道整治建設(shè)工程起于淮河干流三河尖，止于蚌埠閘，長221.6km。 治理工程分為3段，其中，三河尖～臨淮崗 （K0+000～K62+200）、 臨淮崗～正陽關(guān)（K62+200～K92+200），現(xiàn)航道等級為Ⅴ級，分別按照Ⅲ級、Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，正陽關(guān)至蚌埠閘段（K92+200～K221+600），由現(xiàn)狀Ⅲ級航道建設(shè)為Ⅱ級航道。工程設(shè)計Ⅲ級航道水深3.2m，底寬單線30m，雙線為60m；Ⅱ級航道水深4.0m，底寬單線45m，雙線90m。此外，還配套建設(shè)服務(wù)區(qū)2處，錨地7處。

1.2 測站所在河段建設(shè)工程情況

魯臺子水文站監(jiān)測斷面位于整治航道K105+426，于正陽關(guān)至蚌埠閘段，按照Ⅱ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。航道整治工程措施為切灘、 疏浚和錨地建設(shè)等 （圖1）。切灘、河底疏浚工程措施于魯臺子站監(jiān)測斷面上游2.1～2.9km河段范圍，兩岸切灘邊坡為1∶5，左、右岸切灘長度分別為419，516m。 現(xiàn)狀左岸灘地高程12.00～12.70m，右岸灘地高程12.4～13.50m，分別切灘至河底高程12.34m； 現(xiàn)狀槽底高程9.3m， 疏浚整治后，底寬度90m，底高程12.34m。

圖1 魯臺子水文站所在河段航道治理工程示意圖

錨地工程建于斷面上游約3.5km處，臨航道左岸灘地建設(shè)?，F(xiàn)灘地高程12.1～13.50m，按照邊坡1∶3，開挖至底高程12.34m。 錨地建設(shè)后，河段斷面面積增加22.3m2。

工程施工采用200～400m3/h絞吸式挖泥船和抓斗式挖泥船。水上土方開挖采用反鏟挖掘機(jī)；水下開挖采用抓斗式挖泥船。

2 水文監(jiān)測站基本情況

2.1 測站概況

魯臺子水文站設(shè)立于1920年6月，建于淮河干流中游，屬于國家重要水文站、中央報汛站、一類精度站，擔(dān)負(fù)防汛抗旱、水污染防治及為閘壩運(yùn)行管理服務(wù)等重要任務(wù)。 淮河發(fā)源于河南、 湖北交界的桐柏山，向東流經(jīng)安徽、江蘇入洪澤湖，出湖后分入長江和黃海，流域面積27萬km2，全長1000km。流域多年平均降水量875mm，降水量時空分布不均，產(chǎn)生暴雨的天氣系統(tǒng)主要是切變和低渦，降雨歷時長，降雨范圍廣。 洪水由暴雨產(chǎn)生，洪峰持續(xù)時間長，洪水量大。

測站位于安徽省鳳臺縣魯臺子村， 集水面積88630km2，距淮河入河口294km，測驗河段順直，水位22.00m以上漫灘，左岸灘地寬約80m，右岸灘地寬約550m，河道寬約1030m。 河床為沙壤土質(zhì)，稍有沖淤變化。 斷面上游12km處左岸有潁河匯入，18km處右岸有淠河匯入。

水文監(jiān)測項目有水位、流量、含沙量、降水量、蒸發(fā)量、地下水位、地下水水溫、水質(zhì)、墑情等，受到工程建設(shè)影響的水文監(jiān)測項目有水位、流量、泥沙、水質(zhì)等。實測歷年最大降水量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 現(xiàn)狀水文監(jiān)測方案

2.2.1 水位監(jiān)測

（1）該站水位監(jiān)測使用浮子式WFH-2型全程機(jī)械編碼遙測水位計，按照GB/T50138—2010《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》要求觀測，以能測得完整的水位變化過程，滿足日平均水位計算、推求流量、各項特征值統(tǒng)計、水文資料整編和水情拍報要求為原則［1］。 水位監(jiān)測以遙測為主，采用人工觀測校核。

（2）遙測水位計系統(tǒng)運(yùn)行正常時，每日8：00，20：00各校核1次， 水位變化較大時適當(dāng)增加校測次數(shù)，出現(xiàn)故障時，采用人工觀測。

（3）人工觀測根據(jù)水位變化情況進(jìn)行，水位平穩(wěn)或變化緩慢時，每日8：00，20：00觀測；水位變化較大時（日變幅小于0.50m），按4段制觀測；洪水期或水位變化急劇時，每日按照8段制觀測，峰頂、峰谷、水位過程轉(zhuǎn)折處應(yīng)布置測次。

2.2.2 流量測驗

流量測驗按照水文測驗規(guī)范要求進(jìn)行， 以滿足定線、準(zhǔn)確推求逐日流量和各項特征值為原則。該站常規(guī)流量測驗以流速儀為主，ADCP施測為輔。 測驗垂線采用河段設(shè)立輻射桿定位。 洪水期每次較大洪水過程，一般測流不少于5次，其中，漲水、落水段各測2次以上，峰頂附近測流1次。 平水期每2～3d測流1次，根據(jù)水位變化適時加測，滿足連實測流量過程線法推流整編要求［2］。

大洪水時，使用ADCP測流，測流前對ADCP進(jìn)行自檢，并記錄自檢結(jié)果。流量相對穩(wěn)定時，進(jìn)行2個測回流量施測，取均值作為實測流量值；特殊水情宜完成1個測回流量施測，每半測回流量值與平均值的偏差不得大于5%，超出范圍進(jìn)行重測或改用流速儀法測流。

2.2.3 懸移質(zhì)泥沙測驗

按照GB50159—92 《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》，單樣含沙量測驗，根據(jù)河段含沙量特性布置測次， 控制含沙量變化過程， 滿足推算逐日平均含沙量、輸沙率及特征值要求［2］。 單沙采用固定取樣垂線位置測取，采用過濾法處理；輸沙率測驗根據(jù)流量、沙量變化情況布置測次， 滿足單斷沙關(guān)系曲線定線和驗算要求，現(xiàn)狀每年施測輸沙率10次以上。

2.2.4 水質(zhì)監(jiān)測

水質(zhì)監(jiān)測嚴(yán)格按照SL219—1998《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》的有關(guān)要求執(zhí)行。 每周三采集水樣1次， 分淮河斷面左、 中、 右三垂線于水面以下0.5m處或半深處（當(dāng)水深小于1m時）采集水樣。 每份水樣體積不少于2000mL， 有現(xiàn)場固定要求或增加臨時項目時， 按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 水質(zhì)分析項目有氨氮、高錳酸鉀指數(shù)、pH、溶解氧、色度等。 按照測站任務(wù)書要求密切監(jiān)視河段水質(zhì)變化情況，發(fā)生水質(zhì)污染事故，及時向上級及有關(guān)部門報告。

3 工程建設(shè)對水文監(jiān)測的影響分析

3.1 對水流特性影響分析

航道整治工程建設(shè)后， 測驗河段水流特性發(fā)生變化。 本文采用荷蘭德爾夫特水力研究院（DELFT HYDRAULICS）開發(fā)的DELFT3DFLOW模型軟件，計算工程建設(shè)前后水位、流速及流場的變化。計算區(qū)域自王家壩至蚌埠閘，計算節(jié)點(diǎn)采用王家壩、潤河集、臨淮崗閘、正陽關(guān)、鳳臺、渦河口、蚌埠閘上等，以高水（2003年）、平水（1973年）和低水（1994年）為計算水文條件。 根據(jù)模擬需要，用上游王家壩入流、下游蚌埠閘出流作為邊界條件，以史河、淠河、沙潁河、渦河支流作為旁側(cè)入?yún)R條件， 主要率定參數(shù)為河道糙率。 限于篇幅，模型建立、模型率定與驗證過程略。

3.1.1 水位

模型計算結(jié)果表明，航道整治后水位降低，工程前后高、 中低水年份， 水位分別降低0.011，0.012，0.011m，如表1。

表1 魯臺子站不同水文條件工程前后水位變化情況

3.1.2 流速及流場

測流斷面流速分布發(fā)生變化如表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 不同水文條件魯臺子站斷面平均流速變化

表3 不同水文條件魯臺子水文站斷面最大流速變化

此外，根據(jù)流場變化圖分析（圖略），由于航道斷面的變化，局部流速分布變化明顯，斷面流場發(fā)生變化。

3.2 對水文監(jiān)測影響分析

3.2.1 對水位流量監(jiān)測影響

由于工程建設(shè)改變水流特性， 使斷面流速大小及分布發(fā)生變化，原定的斷面測速（深）垂線需要重新布設(shè)， 原布設(shè)的測驗垂線定位輻射桿需要拆除新建。 同時，水流關(guān)系特性的改變，使現(xiàn)有流量測驗方案不能滿足要求［3］。

河段為沙壤土質(zhì)，工程施工中水流泥沙含量增加，造成水位井進(jìn)水口淤積，影響自記水位計正常運(yùn)行，使自記水位數(shù)據(jù)“失真”。 此外，河道疏浚、切灘擾動水流，對水位井進(jìn)水口結(jié)構(gòu)安全也造成一定的影響。

3.2.2 對懸移質(zhì)泥沙測驗影響

魯臺子站按照一類精度要求進(jìn)行泥沙測驗，輸沙率整編采用單斷沙關(guān)系法，單、斷沙關(guān)系線的比例系數(shù)為1.00，相關(guān)關(guān)系良好。 工程建設(shè)改變了水流特性，并使河道含沙量及其分布發(fā)生變化，既有單斷沙關(guān)系線也發(fā)生變化，需要調(diào)整垂線布置、測沙測次等測驗方案，并重新分析率定單斷沙關(guān)系線。

3.2.3 對水質(zhì)監(jiān)測影響

工程建設(shè)進(jìn)行的河道開挖、 水下圍堰等施工主要引起河道含沙量變化，不會引起水體化學(xué)變化。水下建筑物施工安排在枯水期進(jìn)行， 施工中采用相應(yīng)環(huán)境保護(hù)措施，施工結(jié)束后，及時清理臨時建筑物和河道行洪障礙物等， 工程建設(shè)及運(yùn)行不會對河段水質(zhì)造成較大影響。工程施工中使用大型機(jī)械，可能會造成局部河段油污污染，造成水質(zhì)變化。

4 水文監(jiān)測影響補(bǔ)救措施

4.1 水位觀測補(bǔ)救措施

調(diào)整斷面測流垂線布設(shè)， 拆除原測流定位輻射桿，按照新布設(shè)垂線重新建設(shè)［5］。

汛前、汛后對水位井進(jìn)水口清淤，每日檢查進(jìn)水口情況，發(fā)現(xiàn)淤積隨時清淤。密切關(guān)注水位計運(yùn)行情況，水位記錄及時與人工觀測值比較，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。 航道建設(shè)期間，對水位監(jiān)測方案進(jìn)行調(diào)整，在現(xiàn)監(jiān)測方案基礎(chǔ)上，增加人工監(jiān)測水位頻次，由原來的人工每日8：00觀測1次， 增加到每日8：00，14：00，20：00 3次觀讀水位，在峰頂、峰谷、水位過程轉(zhuǎn)折處布置測次，水位變化急劇時，再加密觀測次數(shù)。 對井水口采取加固工程措施，保證水位井結(jié)構(gòu)安全。

4.2 流量測驗影響補(bǔ)救措施

工程建設(shè)影響措施分為工程建設(shè)期間、 工程建設(shè)后。工程建設(shè)期間，采用在原測驗方案基礎(chǔ)上增加流量測次的補(bǔ)救措施［5］。 汛期根據(jù)洪水過程，按照漲水3～4個測次，落水3～5個測次布置測次，每場洪水加測至7～9測次，滿足連時序法推流要求。 非汛期適當(dāng)增加測次，控制流量變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，滿足連實測流量過程線法推流要求； 工程建設(shè)完成后， 除增加流量測次，滿足資料整編要求外，采取兩套測流方案，即采用常測法測流的同時，采用流速儀精測法進(jìn)行比測，積累足夠流量測次后，及時進(jìn)行資料分析，確定測速垂線及流量測次布置方案。

4.3 泥沙測驗影響補(bǔ)救措施

工程建設(shè)期間，采取增加單沙測次措施，工程建設(shè)完成后，在增加單沙測驗同時，增加斷沙測次，分析泥沙分布規(guī)律，制定單斷沙關(guān)系線。

4.3.1 泥沙測驗測次相關(guān)規(guī)定

（1）懸移質(zhì)單沙。懸移質(zhì)泥沙單樣含沙量的測次分布，應(yīng)能控制含沙量的變化過程［4］，洪水期，每次較大洪水， 一類站不應(yīng)少于8次， 二類站不應(yīng)少于5次，三類站不應(yīng)少于3次，洪峰重疊、水沙峰不一致或含沙量變化平緩時，適當(dāng)增加測次。在含沙量變化劇烈時，增加測次。 汛期平水期，每日取樣1次，非汛期含沙量變化平緩時，一類站2～3d取樣1次，二、三類站5～10d取樣1次。

（2）懸移質(zhì)輸沙率。一類站歷年單斷沙關(guān)系線與歷年綜合關(guān)系線比較［5］，其變化在5%以內(nèi)時，年測次不應(yīng)少于15次。 二類、三類站作同樣比較，其變化在5%以內(nèi)時，年測次不應(yīng)少于10次。 其變化在2%以內(nèi)時，年測次不應(yīng)少于6次，并均勻分布在含沙量變幅范圍。 單斷沙關(guān)系線隨水位級或時段不同分為兩條以上曲線時，每年懸移質(zhì)輸沙測次，一類站不應(yīng)少于25次，二、三類站不應(yīng)少于15次。

4.3.2 補(bǔ)救措施方案

采取增加單、斷沙測次措施方案，即除滿足上述測驗規(guī)范要求外，再增加測次［5］。 魯臺子站為一類站，洪水期單沙測驗按照每場洪水漲水段增加2～3個測次，落水段增加3～4個測次布置。 非汛期適當(dāng)增加測單沙測次，控制泥沙變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，滿足泥沙整編要求；工程建設(shè)期間，增加斷沙測次5次以上，使輸沙率測次不少于15次。工程建設(shè)完成后，每年增加斷沙測次10次以上，使年輸沙測次不少于20次。積累足夠資料后進(jìn)行分析，重新率定單、斷沙關(guān)系線。

4.4 水質(zhì)監(jiān)測影響補(bǔ)救措施

施工中開挖土方應(yīng)該堆放于河道范圍以外，及時清理施工、生活垃圾。 加強(qiáng)對施工設(shè)備的管理與維修保養(yǎng)， 杜絕泄露石油類物質(zhì)及所運(yùn)送的建筑材料等，避免對水域造成污染，有關(guān)部門應(yīng)就施工中可能造成的水質(zhì)污染制定防治預(yù)案，并報有關(guān)部門批準(zhǔn)。

5 結(jié)語

（1）淮河干流航道整治工程建設(shè)使魯臺子站水流沙特性發(fā)生變化，對水文監(jiān)測設(shè)施及水位、流量、泥沙、水質(zhì)監(jiān)測等造成一定影響，應(yīng)根據(jù)相關(guān)法規(guī)要求采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。此外，工程建設(shè)使測站河槽及斷面控制特性改變，使匯流特性、參數(shù)發(fā)生改變，需對水文預(yù)報方案進(jìn)行修訂，保證水文預(yù)報精度，提高淮河流域防洪減災(zāi)能力。

（2）施工中應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)及水土保持工作，接受水行政主管部門的監(jiān)督。特別注意的是，工程施工采用的挖泥船等大型機(jī)械，一旦漏油造成水體污染，應(yīng)及時加測并上報有關(guān)部門。

（3）工程建設(shè)單位應(yīng)在項目開工前將實施計劃（方案）書面通知水文部門，以便制定相應(yīng)水文監(jiān)測方案。 水文部門應(yīng)針對測站實際情況與測站任務(wù)書要求，及時組織技術(shù)力量，制定航道整治建設(shè)期和整治完成后的具體水文監(jiān)測方案， 減少工程建設(shè)對水文測報的影響。