水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)水位站流量測(cè)驗(yàn)的方案分析

摘 要：在本文中，筆者主要全面分析了龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)白偉水位站流量測(cè)驗(yàn)的方案，以供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)報(bào)；白偉水位站；流量測(cè)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0156-02

1 項(xiàng)目概況

1.1 龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)簡(jiǎn)介

龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)已于2007年進(jìn)行遙測(cè)站安裝施工及組網(wǎng)，并于2008年7月通過(guò)系統(tǒng)試運(yùn)行驗(yàn)收，系統(tǒng)投入正式運(yùn)行階段。龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)站網(wǎng)進(jìn)行重新合理規(guī)劃，對(duì)留用的舊站點(diǎn)進(jìn)行改造，并新增部分站點(diǎn)。

1.2 龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善的問(wèn)題

龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)新增的水位站，目前已經(jīng)完成合作水位站流量水位關(guān)系測(cè)驗(yàn)，長(zhǎng)美水位站水位流量關(guān)系曲線測(cè)驗(yàn)已經(jīng)獲得初步成果，需等待條件成熟補(bǔ)測(cè)高水位流量水位關(guān)系，白偉水位站設(shè)站后，現(xiàn)無(wú)詳盡的歷史實(shí)測(cè)洪水資料，目前僅能提供實(shí)時(shí)的水位資料，無(wú)法提供相應(yīng)水位的實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，對(duì)龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)對(duì)雨水情預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，特別是對(duì)洛東水電站的發(fā)電調(diào)度和防洪調(diào)度產(chǎn)生直接影響。為了能更好指導(dǎo)生產(chǎn)，增加發(fā)電效益，有必要對(duì)新建水位站點(diǎn)實(shí)施流量測(cè)驗(yàn)，獲取對(duì)應(yīng)水位站的水位流量關(guān)系曲線。

1.3 流域概況

龍江是柳江的主要支流之一，龍江干流全長(zhǎng)390km，河道狹窄，廣西境內(nèi)的干流平均比降為1.03‰。龍江流域地處南亞熱帶至中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，多雨濕潤(rùn)，雨量充沛，年平均降雨量1516mm，一般春夏多雨秋冬少雨，全年降雨量的68.2%集中在4～8月。由于深受季風(fēng)環(huán)流的影響，降水量在年際間分配很不均勻，豐水年降雨量均值達(dá)1994.5mm，枯水年降雨量均值為1102.7mm，年變幅為891.8mm，；降雨在季節(jié)上分配不均勻，降雨量多集中在汛期，一般4～8月份降雨量平均值為1020～1350mm，占全年降雨量的75～80%，年內(nèi)變化大。

1.4 白偉水位站測(cè)流斷面地形、地貌概況

白偉水位站位于宜州市祥貝鄉(xiāng)白偉村白偉水電站站址，采用垂直鋼管安裝結(jié)合浮子式水位計(jì)量測(cè)水位。2012年9月3日～5日，由宜州水電廠生技部組織，會(huì)同廣西水電科學(xué)研究院對(duì)白偉水位站流量測(cè)驗(yàn)斷面進(jìn)行實(shí)地踏勘選址。經(jīng)過(guò)多個(gè)河段進(jìn)行比較，初步選定白偉村漫水橋下游約100m年處河道斷面作為白偉水位站測(cè)流斷面的擬選斷面。該斷面附近的河道地形地貌詳見(jiàn)圖1。

1.5 項(xiàng)目主要工作內(nèi)容

項(xiàng)目主要工作內(nèi)容包括流量測(cè)驗(yàn)前期準(zhǔn)備、流量測(cè)驗(yàn)前期準(zhǔn)備、編制流量詳細(xì)測(cè)驗(yàn)實(shí)施方案、洪水期流量駐測(cè)、枯水期流量巡測(cè)和流量測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、分析、定線、報(bào)告等。

1.6 項(xiàng)目工作時(shí)段

采用“第一年洪水期駐測(cè)”+“第一年枯水期巡測(cè)”+“第二年洪水期”補(bǔ)測(cè)的時(shí)段組合。即現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)驗(yàn)時(shí)間從2013年5月開(kāi)始，到2014年9月30日止。2013年汛期駐測(cè)、2014年汛期流量補(bǔ)測(cè)。

1.7 項(xiàng)目實(shí)施方案編制依據(jù)

龍江水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)驗(yàn)收會(huì)議紀(jì)要（2008年7月）；《河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-93）；《聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（SL337-2006）；《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ138-90）；《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL195-97）；《水文資料整編規(guī)范》（SL247-1999）。

2 流量測(cè)驗(yàn)前準(zhǔn)備

2.1 基本情況調(diào)查

調(diào)查的基本情況包括東小江的水文特征和測(cè)站特性、水位流量關(guān)系形式、白偉水位站與長(zhǎng)美水位站的站間在不同時(shí)期，不同水文情勢(shì)下的相互關(guān)系及測(cè)驗(yàn)線路調(diào)查等。

2.2 測(cè)流設(shè)備及測(cè)驗(yàn)方法的選擇

2.2.1 擬采用的主要測(cè)流設(shè)備

擬采用的同步水位測(cè)驗(yàn)設(shè)備：采用長(zhǎng)美水位站及合作水位站已建站點(diǎn)的遙測(cè)水位計(jì)采集，并采用無(wú)線傳輸實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)際需要，可在白偉流量測(cè)驗(yàn)斷面另設(shè)一比對(duì)引測(cè)簡(jiǎn)易水位尺，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施測(cè)流量參考。

流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備：擬采用ADCP進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)，采用的ADCP流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備的主要參數(shù)詳見(jiàn)表1。

2.2.2 測(cè)驗(yàn)方法論證及選擇

依據(jù)如下條件進(jìn)行測(cè)驗(yàn)方法論證：測(cè)站控制條件及其轉(zhuǎn)移、水位流量關(guān)系線的變化規(guī)律與處理方法、可能達(dá)到的測(cè)驗(yàn)精度與巡測(cè)允許誤差的關(guān)系、現(xiàn)有交通、通訊條件、測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備狀況、測(cè)驗(yàn)方法、路線和測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)的分析選擇。

白偉水位站測(cè)驗(yàn)條件有白偉水位站位于河段的中下游，控制面積適中、水位站站址至測(cè)流斷面間河道自然坡降大，區(qū)間無(wú)明顯匯流、與長(zhǎng)美站站址間有二級(jí)公路相連及通訊便利等。

2.2.3 測(cè)驗(yàn)方法選擇

第一個(gè)洪水期駐測(cè)為主，第一個(gè)枯水期及第二個(gè)洪水期以補(bǔ)測(cè)為主，靈活結(jié)合巡測(cè)，其中第一個(gè)洪水期的5、6、7、8月份為洪水多發(fā)期，采用駐測(cè)方案。9月份巡測(cè)為主，遇有洪水采用駐測(cè)。

第一個(gè)枯水期的10、11月份枯水期以巡測(cè)為主，遇有洪水過(guò)程采用駐測(cè)方案。

第二個(gè)洪水期采用巡測(cè)方案，對(duì)第一個(gè)洪水期的測(cè)驗(yàn)成果進(jìn)行復(fù)核校驗(yàn)及插補(bǔ)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)盡可能捕捉大洪水對(duì)應(yīng)的水位流量關(guān)系。

根據(jù)測(cè)站的實(shí)際地形、設(shè)備配置條件，擬采用橋上測(cè)流、纜道牽引ADCP走航施測(cè)、第一個(gè)洪水期主汛期駐測(cè)、其他時(shí)段巡測(cè)相結(jié)合的測(cè)流方法?？菟跀嗝嫠钚∮?.7m時(shí)，可遷移至無(wú)外水匯入和內(nèi)水分出的臨時(shí)斷面進(jìn)行測(cè)驗(yàn)。

2.3 測(cè)驗(yàn)河段選擇和測(cè)驗(yàn)斷面設(shè)立

2.3.1 測(cè)驗(yàn)河段選擇

依據(jù)《河道流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-93）規(guī)定，選擇水位站處或其下游附近的河道順直、水流集中無(wú)匯流的控制河段作為測(cè)流河段，該河段最好是具備流態(tài)平順，無(wú)分流、岔流、斜流、回流、死水等現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)河段選址踏勘比較，初步選定白偉村漫水橋下游約100m處河段做為白偉水位站流量測(cè)驗(yàn)測(cè)流斷面。

2.3.2 測(cè)流斷面布設(shè)

測(cè)流斷面布設(shè)蛀牙包括輔助測(cè)流設(shè)施布設(shè)、高程幾點(diǎn)布設(shè)和水尺斷面布設(shè)。

3 走航式ADCP流量測(cè)驗(yàn)

3.1 流量測(cè)驗(yàn)前檢查

根據(jù)斷面河床、水流、泥沙特性和測(cè)船，準(zhǔn)備必要的外接設(shè)備，對(duì)走航式ADCP進(jìn)行安裝使用前預(yù)檢查，根據(jù)接收到的實(shí)時(shí)水雨情信息，初步擬定走航式ADCP的操作參數(shù)。

3.2 走航式ADCP流量測(cè)驗(yàn)方案部署

3.2.1 測(cè)驗(yàn)次數(shù)

白偉水位站預(yù)計(jì)最大水位變幅約7m，據(jù)此初步擬定白偉水位站流量需測(cè)驗(yàn)15～25測(cè)次，不小于規(guī)范規(guī)定的15測(cè)次，也便于提高水位流量關(guān)系定線精度。

3.2.2 單次流量測(cè)驗(yàn)方案選擇

（1）按高、中、低水，汛期與枯水期，漲、落水面進(jìn)行按駐測(cè)和巡測(cè)結(jié)合進(jìn)行綜合施測(cè)。

（2）第一個(gè)汛期高、中水期，采用駐測(cè)方案，量測(cè)洪水漲落過(guò)程。

（3）汛期及枯水期的中低低水期，采用巡測(cè)方案，施測(cè)其流量水位關(guān)系單值。

3.2.3 單次流量測(cè)流方案精度控制

白偉水位站按濕潤(rùn)地區(qū)二類精度水文站控制其測(cè)驗(yàn)精度，采用走舫式ADCP測(cè)流時(shí)，其單次流量測(cè)驗(yàn)精度參照《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB50179-93）中的流速儀法的單次流量允許誤差進(jìn)行控制。

3.3 走航式ADCP流量測(cè)驗(yàn)

施測(cè)時(shí)，測(cè)船沿預(yù)定斷面航行，船艏不應(yīng)有大幅度擺動(dòng)。流量相對(duì)穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行兩個(gè)測(cè)回?cái)嗝媪髁繙y(cè)量，取均值作為實(shí)測(cè)流量值。測(cè)量時(shí)，測(cè)船從斷面下游駛?cè)霐嗝?，在接近起點(diǎn)位置時(shí)，航行速度沿?cái)嗝姹３终Ｋ俣?，直至終點(diǎn)。每半測(cè)回測(cè)量，記錄航次、橫渡方向、左/右水邊距離、原始數(shù)據(jù)文件名等信息。精確測(cè)量記錄換能器的入水深度，選擇合適的外推方法（常數(shù)或指數(shù)方法等），估算上、下盲區(qū)流量。精確測(cè)量測(cè)船距兩岸岸邊的距離，以便精確估算岸邊測(cè)量盲區(qū)流量。在測(cè)驗(yàn)結(jié)束后需及時(shí)對(duì)測(cè)驗(yàn)情況及結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.4 流量計(jì)算

3.4.1 實(shí)測(cè)區(qū)（中層）流速、流量

3.4.3 表層流速、流量計(jì)算

表層流速由于ADCP換能器必須浸入水中一定深度，系統(tǒng)不能直接測(cè)出表層盲區(qū)的流速，一般由系統(tǒng)采用指數(shù)流速分布公式來(lái)推求，表層平均流速可由下式推出：

4 流量測(cè)驗(yàn)工作過(guò)程及成果

①1月份完成了流域水文、歷史洪水調(diào)研，水位站點(diǎn)特性調(diào)研、相關(guān)水文資料調(diào)研。②2、3月份，進(jìn)行了流量測(cè)驗(yàn)河段勘察，選擇流量測(cè)驗(yàn)斷面、流量測(cè)驗(yàn)斷面地形測(cè)量，水準(zhǔn)基點(diǎn)接測(cè)，基本水尺布設(shè)，纜道設(shè)備采購(gòu)加工，流量測(cè)驗(yàn)用纜線架設(shè)，ADCP測(cè)流系統(tǒng)檢查調(diào)試及流量測(cè)驗(yàn)預(yù)演操作。4月15日前已具備流量測(cè)驗(yàn)條件。③4月15日后，安排ADCP測(cè)流設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，開(kāi)始現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)驗(yàn)。④第一個(gè)洪水期主汛期（為5、6、7、8月份）流量測(cè)驗(yàn)駐測(cè)，非主汛期（9月份）巡測(cè)。⑤第一個(gè)洪水期結(jié)束后提交了洪水期流量測(cè)驗(yàn)中間成果。⑥第一個(gè)枯水期（10、11月份）流量測(cè)驗(yàn)駐測(cè)。⑦第一個(gè)枯水期（12、1、2、3、4月份）流量測(cè)驗(yàn)巡測(cè)。⑧第一個(gè)枯水期結(jié)束后得出了枯水期流量測(cè)驗(yàn)中間成果。⑨第二個(gè)洪水期主汛期（5、6、7、8月）流量測(cè)驗(yàn)駐測(cè)。⑩第二個(gè)洪水期末，ADCP流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備退場(chǎng)，拆除測(cè)流纜道，第二個(gè)洪水期巡測(cè)結(jié)束后三個(gè)月內(nèi)，完成最終流量測(cè)驗(yàn)成果。

最后，獲得了準(zhǔn)確的白偉站相應(yīng)的實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，獲得白偉站的流量關(guān)系曲線。提高了龍江水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)對(duì)雨量預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，為龍江流域水電站的發(fā)電調(diào)度和防洪調(diào)度發(fā)揮了重大的作用。

收稿日期：2018-6-24

作者簡(jiǎn)介：黃文豐（1968-），男，電力工程師，本科，主要從事水電廠生產(chǎn)技術(shù)管理方面的工作。