2 测验河段的选择和断面设立
2.1 测验河段选择与勘察
2.1.1 测验河段应满足设站目的,保证测验资料精度,符合观测方便和测验资料计算整理简便的要求,并应符合下列规定:
1 测验河段宜选在石梁、急滩、弯道、卡口和人工堰坝等易形成断面控制的上游河段。其中石梁、急滩、弯道、卡口的上游河段宜离开断面控制的距离为河宽的5倍,山溪性河流断面控制的距离可放宽至河宽的3倍;或选在河槽的底坡、断面形状、糙率等因素比较稳定和易受河槽沿程阻力作用形成河槽控制的河段;河段内应无巨大块石阻水,无巨大漩涡、乱流等现象;
2 当断面控制和河槽控制发生在某河段的不同位置时,应选择断面控制的河段作为测验河段;在几处具有相同控制特性的河段上,应选择水深较大的窄深河段作为测验河段;
3 中小河流测验河段如难以满足本条第1款的要求,可适当放宽,但应满足测验方法的使用条件。
在具有断面控制的石梁、急滩、卡口等处,水面曲线发生跌落,形成临界流。此时的水深、流量关系式可表示为:
式中:Kc——在相同水位级内为常数;
dc——临界水深(m)。
从式(1)可知由于水深(或水位)观测误差而导致的流量误差为:
而具有河槽控制作用的河段的水深、流量关系符合曼宁公式的函数关系。
参变量n和S在同水位级内变化不大,可导得流量误差公式为:
比较式(2)和式(4),可知同一水深(或水位)的观测误差所导致的流量误差,具有断面控制者小,具有河槽控制者大,故断面控制比河槽控制的灵敏度高。应优先选择断面控制河段为测验河段,又在同一水深观测误差条件上,断面水深大者,流量误差小,故“在几处具有相同控制特性的河段上,应选择水深较大的窄深河段作为测验河段”。
2.1.2 测验河段必须避开易发生滑坡、坍塌和泥石流的地点。
本条为强制性条文。滑坡、坍塌和泥石流不仅危及水文职工的人身安全和国家财产安全,而且在此测验河段难以收集连续的水文系列资料。
2.1.3 采用流速仪法测流的测验河段,宜顺直、稳定、水流集中,无分流岔流、斜流、回流、死水等现象;顺直河段长度宜大于洪水时主河槽宽度的5倍;宜避开有较大支流汇入或湖泊、水库等大水体产生变动回水及严重漫滩、急剧冲淤等的影响,并应符合下列规定:
1 在平原区河流上,河段宜顺直匀整,全河段的河宽、水深和比降应无明显变化,单式河槽河床上宜无水草丛生。当测验河段无法避开游荡性河段时,应避开变动沙洲;
2 在潮汐河流上,宜选择水面较窄、涨落潮流路顺直、通视条件较好、横断面较单一、受风浪影响较小的河段;
3 水库、湖泊出口站或堰闸站的测验河段宜选在建筑物的下游,并避开水流大的波动和异常紊动的影响。当在下游测验有困难,而建筑物上游又有较长的顺直河段时,可将测验河段选在建筑物上游;
4 结冰河流的测验河段不宜有冰凌堆积、冰塞、冰坝。对有层冰层水的多冰层结构的河段,应经调查或勘查,选取结冰情况较简单的河段;对特殊地形地理条件,宜选择不冻河段作为测验河段;
5 受水工程或人类活动影响以及巡测断面的测验河段选择,可根据设站目的或需要,适当放宽条件,以能够满足测验精度要求为原则。
北方某些结冰河流,由于河流形势及水流条件在局部河段可能形成层冰层水的多冰层结构,增加了测验、计算工作的困难,引起新增的误差,且不利于安全生产,故应仔细访问、勘察,选取结冰情况较简单或不冻河段。
2.1.4 当测站采用其他测流方法时,测验河段选择按下列规定执行:
1 浮标法测验河段,顺直段的长度应大于上、下浮标断面间距的2倍;浮标中断面应有代表性,且无大的串沟、回流发生;各断面之间应有较好的通视及通信条件;
2 比降面积法测验河段,顺直长度应满足比降观测精度所需的长度,两岸斜坡等高线接近平行,水面横比降较小,纵比降均匀无明显转折点,并应避开洲、滩、分汊河段和明显的扩散型河段;
3 声学多普勒法测验河段,除执行本规范第2.1.3条的规定外,宜选择水深大、边滩小、水上交通不影响测流和河底走沙(动底)影响不剧烈的河段;
4 量水建筑物法测验河段,顺直河段长度应大于行近河槽最大水面宽度的5倍,并应避开陡峻、水流湍急的河段。行近槽段内应水流平顺、河槽断面规则、断面内流速分布对称均匀,河床和岸边无乱石、土堆、水草等阻水物。当天然河道达不到以上要求时,应进行人工整治使其符合量水建筑物测流的水力条件;
5 稀释法测验河段,可选在弯道、狭窄、浅滩、暗礁、跌水、无水草和无死水区的河段上,并应避开有支流汇入、分流和河岸溢流等。测验河段长度应使注入水流中的示踪剂能充分自然混匀;
6 其他测流方法的测验河段,应满足仪器性能适用条件和资料整编要求。
对浮标法测流河段做出了规定,要求浮标中断面具有代表性,即在各级水位下的几何形状,面积大小沿测验河段内基本一致。这是因为上下断面间河槽不为棱柱体时,中断面的水力因素与全河段水力因素的差异对浮标系数有一定的影响,特别对水浅、流急、比降大的河流更加如此。所以,中断面代表性差的测站对浮标系数分析应作河槽系数改正。改正办法详见本规范附录C。同理,对应用水面流速系数分析浮标系数时,水面流速系数亦应作河槽系数改正。这就增加了分析计算的工作量和讨论问题的复杂性。至于要求测流河段的顺直段长度大于上、下浮标断面间距的两倍,主要原因是:首先,浮标投放入水(特别是投掷器投放情况下)后由颠簸趋于稳定流动需要有一定的行程;其次,在上、下浮标断面的上、下游有一定的顺直段,才能使浮标行径平顺,所测得的水面流速方具有代表性。
4 量水建筑物测流法是基于水力学原理,利用标准形式的建筑物测算流量,其行近河槽的水流条件——如流线、水面曲率等——应符合渐变流要求,而且为了使水头观测具有代表性和流量系数稳定,河槽内水深必须均匀稳定。因此,要求河槽在一定长度内断面的几何形状规则,断面内流速分布对称均匀,必要时需对行近河槽进行人工整治,使之符合规范要求。
5 无论采用何种试剂,总是靠测定试剂的浓度来确定流量的,若试剂混合不完全或不均匀将会导致较大的流量误差。除了要求测验河段内不得有水量加入或引出外,还要求测验河段具有能使水流在纵、横方向充分混匀的条件,例如选在弯道、狭窄、浅滩、暗礁、跌水、无水草和死水区的河段。
6 包含除流速仪法及本条第1款~第5款方法外的其他方法。
2.1.5 确定测验河段的位置和进行断面布设时,应对测验河段的地质地貌、下垫面、河流特性、上下游工程及水资源开发规划等进行详尽的勘察、调查,并应勘察河势,了解河道弯曲和顺直段长度,两岸和堤防控制洪水的能力,以及有无溢流缺口。在满足设站目的的前提下,测站地址宜靠近城镇居民点,并兼顾交通、电力、通信等条件。
2.1.6 河流特性勘察应包括下列基本内容:
1 调查控制断面的位置,鉴别断面控制或河槽控制的稳定程度;
2 调查分流、串沟、回流、死水以及边滩宽度是否便于布置测验设施。在初步选定的河段内布测若干个河道断面,并测绘其中一个断面的流速分布;
3 了解河床组成、断面形状、冲淤变化、沙洲消涨史和河道变迁史,以及各级水位的主泓、流速、流向及其变化情况,并勘察河床上岩石、砾石、卵石、漂石、砂、壤土、黏土、淤泥等沿测验河段的分布;
4 了解水草生长的季节和范围,封冻和流冰时间,冰坝、冰塞的地点和壅水高度等。
2.1.7 非潮流站的测验河段宜选在变动回水范围以外,并应按下列规定查清下游变动回水的距离及发生概率:
1 测验河段下游有水工建筑物时,应根据下游最近地点水工建筑物设计最高洪水位下的回水计算资料,判别是否受其影响,并估算回水距离;
2 测验河段下游一定距离内有河流或湖泊汇合时,应估算回水发生概率、极限距离等情况。
由于变动回水,增加了流量测验和资料整编的困难条件和工作量,一般测验河段应选在变动回水范围以外。但为了收集潮汐资料或专门目的必须在感潮河段设站者,则可根据设站目的选择测验河段位置,不必避开潮汐影响。
2.1.8 选择测验方案及设备时,应了解洪水涨、落的缓急程度,历史最高最低水位和最大漫滩边界,粗估最大、最小流量,调查洪水来源以及水土流失和泥石流形成原因。
断面流速大小,涉及铅鱼重量、悬吊、起重设备等;洪水涨落急剧时,应采用合适的测流方法与方案;水位、流量的历史极值影响设施的布局和规模;如上游水土流失严重或有泥石流形成,则应设计有效的防淤和安全防护措施,因此应就上述内容作深入细致的调查。
2.1.9 调查流域自然地理情况应包括下列内容:
1 勘察地物、地貌,了解分水岭闭合情况,有无客水引入及内水分出;
2 勘察土壤分布、植被情况,了解水土流失及上游产沙情况;
3 了解地质及水文地质情况,对石灰岩地区要重点了解喀斯特发育程度及分布情况。
2.1.10 调查流域内建设工程措施及平面坐标和控制情况应包括下列内容:
1 蓄、引水工程规模、数量的现状及其近期、远景规划安排;
2 农田水利、水土保持措施的类型及其可能对洪水泥沙产生的影响;
3 河道通航、木材流放季节及其放运方式;
4 拟建测站附近的高程控制点、平面控制点的坐标位置、高程及等级。
农田水利、水土保持、蓄水、引水及其他水工程增加了水量控制和水文测验工作的复杂性,甚至需分设几处测流断面。勘察时不仅要了解拟选河段内上述工程措施的现状,还应了解其规划部署,尽可能使测验河段避开其影响。
2.1.11 编写勘察报告应包括下列内容:
1 本次勘察的目的、任务、主要工作人员的专业类别及技术水平,勘察时间和范围;
2 整理各项调查资料,分类归纳成简明成果;
3 推荐勘选的测验河段,阐述分析意见,提出对水文测验项目、方法和基本设施等布置工作的建议。