流速儀法單次流量測(cè)驗(yàn)誤差的檢查分析——以開(kāi)都河薩很托亥水文站為例

王正勇，陳 宇

(新疆巴音郭楞水文水資源勘測(cè)局，新疆 巴州841000)

1 基本情況

薩很托亥水文站是開(kāi)都河上游一處專用水文站，距離開(kāi)都河源頭250 km。地處新疆巴州和靜縣巴音布魯克草原大尤勒都斯盆地間，地理位置東經(jīng)84°53'，北緯42°38'。該水文站設(shè)立于2012年7月，設(shè)站的主要目的是為國(guó)電新疆開(kāi)都河流域水電開(kāi)發(fā)有限公司監(jiān)測(cè)測(cè)驗(yàn)斷面處的流量資料。在薩很托亥水文站上游90公里處設(shè)有巴音布魯克國(guó)家基本水文站，下游206 km處設(shè)有大山口國(guó)家基本水文站，形成了有利于比較和掌握薩很托亥水文站上下游的流量變化情況。

2 斷面情況

薩很托亥水文站有順直測(cè)驗(yàn)河段300 m，河床由卵礫石組成。流速儀測(cè)流斷面上游100 m處河道向右彎曲，下游200 m處河道變寬。左岸為巖石陡岸，右岸為膠結(jié)卵石臺(tái)地草灘，兩岸地勢(shì)較高，對(duì)斷面流量有很好的控制作用，高水時(shí)期不受漫灘影響。斷面河寬高水時(shí)可達(dá)55.5 m，河寬受水位漲落影響變化不大。2012年7月25日施測(cè)大斷面，根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》規(guī)定，新設(shè)測(cè)站大斷面施測(cè)水面寬度大于25 m時(shí)，應(yīng)采用不少于50條測(cè)深垂線來(lái)探測(cè)水道地形變化情況。大斷面實(shí)測(cè)成果見(jiàn)表1，點(diǎn)繪大斷面圖，見(jiàn)圖1。計(jì)算河道寬深比值為43.0小于100，屬窄深河道。

表1 薩很托亥水文站實(shí)測(cè)大斷面成果表

3 測(cè)速垂線的布設(shè)

流速儀測(cè)流斷面上總共布設(shè)14條測(cè)速垂線，每條測(cè)速垂線間隔4 m，測(cè)速垂線自右向左岸依次布設(shè)，位置固定。符合測(cè)速垂線宜均勻分布，并能有效控制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)無(wú)大補(bǔ)大割等原則。

4 單次流量施測(cè)情況

單次流量的施測(cè)應(yīng)該分布在高、中、低各級(jí)水位上進(jìn)行，新設(shè)測(cè)站為了及時(shí)有效準(zhǔn)確掌握測(cè)站流量變化情況，需要提高流量測(cè)驗(yàn)頻率。水位變幅較大時(shí)，變副超過(guò)0.15 m應(yīng)及時(shí)施測(cè)流量;水位變幅平緩時(shí)，5－7日施測(cè)一次。單次流量測(cè)驗(yàn)采用LS25型旋漿流速儀一點(diǎn)法施測(cè)測(cè)點(diǎn)流速。測(cè)速時(shí)先測(cè)垂線水深，后測(cè)測(cè)點(diǎn)流速，當(dāng)垂線水深不滿足一點(diǎn)法測(cè)速時(shí)只測(cè)水深不測(cè)流速。測(cè)深測(cè)速時(shí)在確保安全的情況下，根據(jù)流速大小變換鉛魚(yú)重量來(lái)控制懸索偏角滿足規(guī)范要求。測(cè)速歷時(shí)要求不小于100 s，采用秒表記錄時(shí)間。自右向左岸依次施測(cè)，并記錄施測(cè)起始時(shí)間、相應(yīng)水位、天氣狀況、風(fēng)向風(fēng)力、流向等輔助記錄。單次流量測(cè)驗(yàn)過(guò)程中水位平穩(wěn)變幅小，符合規(guī)范要求。

圖1 薩很托亥水文站實(shí)測(cè)大斷面圖

5 計(jì)算流量總隨機(jī)不確定度、系統(tǒng)誤差

在現(xiàn)有實(shí)測(cè)流量資料中選取最大、適中、最小三份實(shí)測(cè)流量資料作為計(jì)算依據(jù)，依次編序?yàn)?1、2、3號(hào)流量。最大、最小流量變幅為66.8 m3/s，水位變幅為0.48 m。由于該站為新設(shè)測(cè)站準(zhǔn)確劃分出高中低水位級(jí)困難，通過(guò)參照該站上游巴音布魯克水文站和下游大山口水文站同時(shí)期流量所對(duì)應(yīng)的水位級(jí)別來(lái)判斷確定所選上述三份流量均為低水位級(jí)流量。資料數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

式中:X'Q為流量總隨機(jī)不確定度(%);X'm為斷面Ⅲ型隨機(jī)不確定度(%);X'e為斷面Ⅰ型隨機(jī)不確定度(%);X'p為斷面Ⅱ型隨機(jī)不確定度(%);X'c為斷面的流速儀率定隨機(jī)不確定度(%);X'd為斷面的測(cè)深隨機(jī)不確定度(%);X'b為斷面的測(cè)寬隨機(jī)不確定度(%)

表2 相關(guān)資料數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果

從表2中可以看出所選3份實(shí)測(cè)流量資料的總隨機(jī)不確定度、系統(tǒng)誤差均在規(guī)范允許值總隨機(jī)不確定度12、系統(tǒng)誤差－2.5～1之間，符合規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)薩很托亥水文站流速儀法單次流量測(cè)驗(yàn)誤差的計(jì)算檢查，可以得出三點(diǎn)結(jié)論:

(1)水位在6.67～7.15 m的變幅中，現(xiàn)用流速儀測(cè)流斷面上布設(shè)的14條測(cè)速垂線合理。

(2)水位在6.67 m時(shí)使用14條測(cè)速垂線的系統(tǒng)誤差為－2.5，持平允許系統(tǒng)誤差－2.5～1的下線值。因此，當(dāng)水位低于6.67 m采用流速儀法施測(cè)流量時(shí)應(yīng)增加測(cè)速垂線。

(3)水位在高于7.15 m采用流速儀法施測(cè)流量時(shí)可以試驗(yàn)性的放寬測(cè)速垂線間距，由4 m間距調(diào)整為5 m間距并做測(cè)驗(yàn)誤差計(jì)算檢查。

［1］河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).1993.7.

［2］水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè).第一冊(cè).野外工作.水利電力出版社出版.1983.8(新二版).