水利工程影响下稳定水位流量关系断面的选择王安强［摘要］具有稳定水位流量关系的断面是水文测站位置的首选，受水利工程影响下的河段，改变了天然河道水流运动规律，水位与流量关系产生异变。根据曼宁公式原理，剖析水流变化中各水利因素之间的关系，提出受水利工程影响下的稳定水位、流量关系测验断面选择的方法，供业内人士参考。［关键词］回水影响;水利因素;流量测验;水面比降;曼宁公式［］P333［文献标识码］B［］1006-7175(2013)11-0018-020引言具有稳定水位流量关系的水文测验断面是水文测站位置的首选，天然河道流量测验断面的选择较为简单，选择空间也比较广，只要断面顺直，远离回水影响区域，断面冲淤变化不大或各水利因素能互补，就能使水位、流量关系呈单一曲线，这就是流量测验的最佳断面。随着国家对水利方面的重视和投入的加大，在原有的水文测验断面或上下游新建多处水利工程，改变了水文测验断面的条件，使得流量测验断面受下游工程调节影响出现回水或断面上游引水而需增加流量监测断面，使水位流量关系为多条曲线，增加了测验人员的工作量，影响了时段径流量的推求精度。因此，寻找稳定的水文测验断面是水文工作迫切需要解决的问题。1单一曲线的基本原理一个测站的水位流量关系，是指测站基本水尺断面的水位与通过该断面的流量之间的关系。如测验断面不在基本水尺断面进行，只要测流断面与基本水尺断面相距不远，其间无滞留汇入或分出，则两处的流量基本相等，仍可直接建立水位流量关系。稳定的水文流量关系(即水位流量关系曲线呈单一抛物线型)可用曼宁公式进行说明。（1）式中:V—为断面平均流速，m/s;n为河床糙率;Ｒ为水利半径，m;I为水面比降。（2）式中:Q为断面流量，m3/s;F为断面面积，m2。由式(2)可知，要使水位流量关系保持稳定，必须在同一水位G下，F、R、n、I等水利因素保持不变;或虽有变化但对水位流量关系的影响能相互补偿，则在同一水位下就只有一个相应的流量Q，水位流量关系就呈单一曲线，这种关系就比较稳定。受水利工程影响的河段，水面比降I变化比较明显，使得过水断面的面积发生变化，见图1。在图1中，假定AB为天然河道的正常水面线，CD为受工程影响的水面线，M为水位、流量测验断面。由于下游工程的调节影响，工程场址处的水面高程增大，在受影响的河段范围内水面比降减小。而且，随着工程影响的增大，水面比降逐渐减小，CD线将更加平缓。根据曼宁公式，在M处同一水位下，流速减小，相应的流量也随之减少，一个水位就有不同的流量。因此，水位流量关系不稳定，这就是受工程影响水位流量关系稳定的最主要的因素之一。2断面选择的方法在不受工程影响的河道或渠道中，选择流量测验断面比较容易，但在受工程调节影响下的水位、流量测验断面如何选择?下面就以新疆某河流实例进行阐述。该河流在20世纪50年代初期建有水文测验断面，2003年在原测验断面兴建了水利蓄水工程，在其下游1217m处又建设了引水枢纽，并向多地引水灌溉，河道工程布置见图2。由图2可以看出，现有水文测验断面在引水枢纽下游，除河道测验断面外，还有4个渠道监测断面，这样才能推求上游下泄水量。显而易见，现有的测验断面不仅外业测量工作量大，而且资料技术难度也相应增加。为此，拟在上游水库与引水枢纽间设立水位、流量测验断面，特别是基本水位断面的选择成为关键。因为该河段由基岩组成，原水文测验断面的水位、流量关系较为稳定。由于下游的拦河引水枢纽的影响，使水面高程有所提升在一定范围的河段内产生回水，使水面比降I在回水影响的河段内是变值，根据曼宁公式可知，在同一水位下，不同的比降有多个流量，水位流量关系不稳定。因此，要使基本水位断面必须避开回水影响区域，关键是确定回水末端位置。为此，对该河段进行了测量，调查出最大引水量和最大下泄流量情况下的水面线，成果见表1，相应的水面沿程变化过程见图3。由表1及图3可以得出如下结论:1)在测量河段内，测时水面线与调查的最大下泄流量对应的最高水面线变化趋势一致相邻测段间的比降相同。2)在距蓄水工程下游705m以下水面高程沿程变化的比降发生转折，且比降变小。3)根据水利学原理及天然河道水流变化...