岳圩水文站流量測(cè)速垂線精簡(jiǎn)分析

蘭美標(biāo)

百色市水文水資源局 廣西百色 533000

摘要：根據(jù)《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》的要求，結(jié)合岳圩水文站垂線平均流速橫向分布曲線及綜合斷面圖，以該站2011至2014年30次具有代表性的﹑精度較高的實(shí)測(cè)流量成果資料為依據(jù)，對(duì)岳圩水文站的測(cè)速垂線進(jìn)行了精簡(jiǎn)分析，確定了水位524.65m以上和524.65m以下兩個(gè)測(cè)速垂線精簡(jiǎn)方案，并對(duì)精簡(jiǎn)前后流量進(jìn)行誤差分析，結(jié)果滿足規(guī)范要求。建議：岳圩水文站常測(cè)年份改用精簡(jiǎn)測(cè)速垂線后的測(cè)流方案。

關(guān)鍵詞：流量；測(cè)速垂線；常測(cè)法；精簡(jiǎn)分析

1 概述

岳圩水文站設(shè)立于1958年，位于廣西百色市靖西縣岳圩鎮(zhèn)隘屯，東經(jīng)106°31′，北緯22°57′，集水面積為922K㎡。水文測(cè)驗(yàn)斷面位于河道的左岸，基本水尺兼流速儀測(cè)流斷面形狀如U形，較大洪水時(shí)，右岸河床稍有沖淤，斷面上游3.0km有岳圩水電站，下游250m有水壩，受水工程影響較嚴(yán)重。主泓變動(dòng)及流速分布變化情況：高中低水位的中泓位置分別在起點(diǎn)距45m處，流向與斷面垂直，無(wú)斷流現(xiàn)象。水文特征值：歷史實(shí)測(cè)最高水位530.70m，最大流量992m3/s。

岳圩水文站現(xiàn)在測(cè)流時(shí)使用13條垂線施測(cè)，高、中、低水位都采用二點(diǎn)法（0.2，0.8）測(cè)速。這樣即耗時(shí)又費(fèi)力，經(jīng)常會(huì)錯(cuò)過(guò)洪峰的持續(xù)時(shí)間，測(cè)到的洪峰流量精度不夠精確，所以對(duì)該站進(jìn)行了測(cè)速垂線的精簡(jiǎn)分析，以確定最佳的測(cè)流方案作為該站的常測(cè)法。

表1 岳圩水文目前的測(cè)速垂線（13條）

垂線號(hào)12345678910111213

起點(diǎn)距/m10152025303540455055606570

2 常測(cè)法精簡(jiǎn)分析

2.1依據(jù)的資料

精簡(jiǎn)分析是流量測(cè)驗(yàn)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，既能保證流量測(cè)驗(yàn)的成果精度，又能減少測(cè)流的工作量，縮短測(cè)流歷時(shí)，提高測(cè)報(bào)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。通過(guò)精簡(jiǎn)分析，制定各種比較合理的流量測(cè)驗(yàn)施測(cè)方案，以適應(yīng)不同水位級(jí)情況下，采用不同的測(cè)流工作方案。

為了對(duì)岳圩水文站常測(cè)法進(jìn)行精簡(jiǎn)分析，通過(guò)篩選，收集該站2011至2014年具有代表性的﹑精度較高的實(shí)測(cè)流量成果30次資料。其中，低水525.00m水位以下有8份，中水525.00～527.00m水位有22份，高水527.00m水位以上從2011年到目前為止該站還沒(méi)有實(shí)測(cè)流量成果資料，所以無(wú)法分析。從 30份實(shí)測(cè)流量來(lái)分析，水面寬范圍在80.0～85.8m，寬深比值（B/H）范圍在16.2～21.9m。岳圩水文站的河床是由砂礫石、細(xì)沙組成，兩岸為石砌防洪堤，所以該斷面沒(méi)有發(fā)生太大的變化，通過(guò)收集這四年的實(shí)測(cè)成果資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，流量成果分析誤差并不大。岳圩水文站的河道主槽部分在右岸，流速儀測(cè)速由左岸至右岸按順序施測(cè)。

2.2 精簡(jiǎn)方案

2.2.1常測(cè)法測(cè)速垂線數(shù)目要求

根據(jù)《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》3-19常測(cè)法測(cè)速垂線數(shù)的布設(shè)要求，當(dāng)水面寬與平均水深之比值（B/）小于100時(shí)為窄深河道，大于100時(shí)為寬淺河道。岳圩水文站寬深比值（B/）范圍在16.2～21.9m，處于窄深河道。

2.2.2 精簡(jiǎn)分析

繪制垂線平均流速、水深橫向分布圖（見(jiàn)圖1），如圖1所示：分別繪有代表性的及精度較好的中、低水位的垂線平均流速，527.00m以下處于中水位級(jí)，525.00m 以下處于低水位級(jí)。

圖1 岳圩站垂線平均流速橫向分布曲線及綜合斷面圖

根據(jù)《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》3-67常測(cè)法的垂線﹑測(cè)點(diǎn)綜合精簡(jiǎn)的分析的要求，結(jié)合本站的斷面情況，如圖1所示：垂線流速橫向分布變化趨勢(shì)，抽減流速變化緩慢或左右相鄰測(cè)線流速接近直線變化的測(cè)速垂線。根據(jù)水面寬與平均水深比值來(lái)看，該站處于窄深河道，水位達(dá)到最低的時(shí)候，水面寬還有72m。由于 524.65m以下的水位左右岸都存在流速等于零的現(xiàn)象，隨著水位越下降，左右的死水面積越大，測(cè)速垂線越減少。所以考慮用兩種不同的方案精簡(jiǎn)，根據(jù)垂線平均流速橫向分布曲線及綜合斷面圖及30份實(shí)測(cè)流量成果資料的統(tǒng)計(jì)，水位在524.65m以上時(shí)，斷面上施測(cè)到的垂線和測(cè)點(diǎn)數(shù)目接近（見(jiàn)圖1），根據(jù)斷面的河流特性考慮524.65m以下和524.65m以上的水位兩個(gè)水位級(jí)的精簡(jiǎn)方案。

方案一：當(dāng)水位級(jí)在中低水524.65 m以下時(shí)，左右岸都存在死水現(xiàn)象。根據(jù)常測(cè)法測(cè)速垂線數(shù)目及水面寬于平均水深比值來(lái)看，該站處于窄深河道，正常水面寬都在于72.0～80.0m之間，正常測(cè)速7條垂線（見(jiàn)表2，所以不能再精簡(jiǎn)垂線。

方案二，當(dāng)水位級(jí)在524.65 m以上時(shí)，左右岸不再有死水現(xiàn)象。同理，結(jié)合圖1，抽減需注意的幾個(gè)問(wèn)題是：垂線分布要大致均勻，但河段主槽位置垂線加密，在河槽地形和流速急劇轉(zhuǎn)折點(diǎn)處都布設(shè)有垂線的前提下，垂線分布應(yīng)均勻，所以抽減起點(diǎn)距（3條垂線）20﹑30﹑50。經(jīng)過(guò)30份資料的成果試算后的流量精度也滿足了《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》[1]常測(cè)法的誤差界限。

2.2.3方案確定

通過(guò)以上幾個(gè)方面的分析，擬定該站測(cè)速垂線精簡(jiǎn)方案分為兩個(gè)：

方案一：當(dāng)水位在524.65 m以下時(shí)，水面寬范圍在79.8-80.0m，寬深比值的范圍還在21.5～24.1>100，對(duì)照表2，河道屬于窄深河道，測(cè)速垂線選擇7條（見(jiàn)表4）。

表2 水位（524.65m以下）測(cè)速垂線位置布設(shè)

垂線號(hào)1234567

起點(diǎn)距/m30354045505560

方案二：當(dāng)水位在524.65 m以上時(shí)，水面寬范圍在80.0～85.8m，寬深比范圍在16.2～21.9>100，對(duì)照表2，河道也屬于窄深河道，測(cè)速垂線選擇9條（見(jiàn)表5）。

表5 水位（524.65.00m以上）測(cè)速垂線位置布設(shè)

垂線號(hào)123456789

起點(diǎn)距/m152535404555606570

2.3 誤差分析

根據(jù)《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》[1]3-10常測(cè)法的規(guī)定：精簡(jiǎn)后算得的流量與精測(cè)流量相比，其誤差符合規(guī)定時(shí)，即可用精簡(jiǎn)后較少的垂線﹑測(cè)點(diǎn)測(cè)速，并作為經(jīng)常性的測(cè)流方法。

對(duì)兩個(gè)精簡(jiǎn)方案，根據(jù)《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》[1]3-10的規(guī)定，把30份實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)按原來(lái)的測(cè)法重新計(jì)算流量[2]，統(tǒng)計(jì)精簡(jiǎn)前后數(shù)值的相對(duì)誤差是否超過(guò)允許范圍，從而確定精簡(jiǎn)結(jié)果。精簡(jiǎn)前和精簡(jiǎn)后的流量基本擬合見(jiàn)圖2

流量的相對(duì)誤差不超過(guò)±3.0%的共30次，累積頻率達(dá)到97%。不超過(guò)±5.0%的累積頻率達(dá)到100%。根據(jù)《水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)》[1]3-67系統(tǒng)誤差可用以下方法確定：當(dāng)各精測(cè)流量的大小分布不十分均勻，相對(duì)系統(tǒng)誤差并非等量存在精簡(jiǎn)后流量中時(shí)，可分別算出各測(cè)次精簡(jiǎn)后的流量誤差，將各誤差值由負(fù)到正、有小到大依次排列，統(tǒng)計(jì)其累積頻率為50%的誤差數(shù)值，即可視為系統(tǒng)誤差。根據(jù)以上方法統(tǒng)計(jì)出的系統(tǒng)誤差為0.48%<1%。滿足了常測(cè)法誤差界限，即該精簡(jiǎn)方案成立。

圖2 精簡(jiǎn)前后的流量關(guān)系擬合圖

3 結(jié)論

岳圩水文站屬于暴漲暴落的山溪性河流，洪峰持續(xù)時(shí)間較短。流速儀測(cè)流斷面沒(méi)有經(jīng)過(guò)精簡(jiǎn)方案的分析之前，水位在525.20米以上，用13條垂線測(cè)流，由于測(cè)流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)常會(huì)錯(cuò)失搶測(cè)洪峰時(shí)機(jī)，測(cè)到的流量精度也不夠準(zhǔn)確。通過(guò)精簡(jiǎn)分析使用新的施測(cè)方案后，既節(jié)省了測(cè)流時(shí)間，又能及時(shí)搶測(cè)到洪峰流量，保證了實(shí)測(cè)流量成果的精度，且流量成果達(dá)到整編規(guī)范的要求，有效地提高了工作效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]水利電力部水利司.水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)（第一冊(cè)，野外工作）[M].北京：水利出版社，1975.

[2]SL247—1999，水文資料整編規(guī)范[S].