郝金義 肖博文 徐新學(xué) 饒勇

摘 ?要：本文依據(jù)谷城站2007-2010年實(shí)測(cè)流量資料、測(cè)驗(yàn)河段及河道斷面的特點(diǎn)，針對(duì)上游電站泄流頻繁、水位漲落急劇情況，提出中高水流量測(cè)驗(yàn)方案中采用代表測(cè)速垂線與斷面平均流速間的綜合關(guān)系，提出適合該站水流特性的中高水流量測(cè)驗(yàn)方案，驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞：水文測(cè)驗(yàn);測(cè)驗(yàn)方案;代表測(cè)速垂線

中圖分類(lèi)號(hào)：P332.4 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）14-0096-03

Application of Representative Vertical Method in Medium and

High Flow Measurement

HAO Jinyi，XIAO Bowen，XU Xinxue，RAO Yong

（Hanjiang Hydrological and Water Resources Survey Bureau，Hydrological Bureau of Yangtze River Water Conservancy Commission，

Xiangyang ?441022，China）

Abstract：According to the measured flow data，the characteristics of the measured river reach and river section of Gucheng Station from 2007 to 2010，and in view of the frequent discharge and sharp fluctuation of water level in the upstream power station，a comprehensive relationship between the vertical line of velocity measurement and the average velocity of cross section is proposed in the middle-high flow measurement scheme，and a middle-high flow measurement scheme suitable for the flow characteristics of the station is put forward to verify the feasibility of the method. And effectiveness.

Keywords：hydrological test;test scheme;representative velocity vertical line

0 ?引 ?言

谷城水文站是漢江一級(jí)支流南河基本控制站，屬國(guó)家二類(lèi)（流量）精度站，始建于1936年7月。自1980年9月以來(lái)，該站主要為上游電站泄流形成。由于汛期上游電站閘門(mén)開(kāi)啟較為頻繁，水位陡漲陡落，使得流量測(cè)驗(yàn)較為困難，特別是在電站泄洪，形成中高水時(shí)，流量測(cè)驗(yàn)十分困難;縮短測(cè)驗(yàn)歷時(shí)、優(yōu)化測(cè)驗(yàn)方案是解決該站流量測(cè)驗(yàn)困難的重要手段。本文提出了一種以代表測(cè)速垂線為主的流量測(cè)驗(yàn)方案，以達(dá)到便于施測(cè)、減輕測(cè)驗(yàn)勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率的目的。

1 ?測(cè)流基本特性

1.1 ?測(cè)流斷面概況

谷城水文站測(cè)驗(yàn)河段順直，上游有彎道控制，測(cè)流斷面兩岸均有堤防控制，左岸為卵石河床，右岸為“卵石夾沙”邊灘，河床較穩(wěn)定。測(cè)驗(yàn)斷面形狀及變化情況如圖1所示。

由圖1可知，河流主槽在左岸，斷面變化較小，河床比較穩(wěn)定。

1.2 ?測(cè)流斷面概況

由多年的實(shí)測(cè)資料可知，該站在中低水時(shí)受河槽控制作用弱，并受其他影響因素影響，低枯水時(shí)水位-流量關(guān)系為臨時(shí)曲線;中高水時(shí)水位-流量關(guān)系呈單一線，且歷年趨勢(shì)基本一致。

2 ?中高水代表測(cè)速垂線與斷面平均流速關(guān)系分析

2.1 ?代表測(cè)速垂線的選擇

以該站原有《水文測(cè)驗(yàn)任務(wù)書(shū)》規(guī)定的以固定測(cè)速垂線為基礎(chǔ)的多次流量實(shí)測(cè)資料來(lái)進(jìn)行應(yīng)用分析，滑動(dòng)選取測(cè)速垂線，優(yōu)選代表性較好的，即起點(diǎn)距80m、140m、175m的3條垂線為代表垂線組合，計(jì)算其平均流速V代表，然后對(duì)代表測(cè)速垂線平均流速V代表與原實(shí)測(cè)斷面平均流速V斷面進(jìn)行相關(guān)分析。

2.2 ?高水期資料的選取與代表測(cè)速垂線的分析

選擇該站2007-2010年高水期的實(shí)測(cè)流量資料作為分析資料。

下面以代表測(cè)速垂線計(jì)算的算術(shù)平均流速V代表為縱坐標(biāo)，以原實(shí)測(cè)斷面平均流速V斷面為橫坐標(biāo)，繪制V代表-V斷面關(guān)系線，進(jìn)行誤差分析，如圖2所示。

從圖2中可看出代表測(cè)速垂線平均流速V代表與原斷面平均流速V斷面呈帶狀分布，相關(guān)方程為：

由上述分析可知，原斷面平均流速V斷面與代表測(cè)速垂線平均流速V代表呈直線變化，具有較強(qiáng)的代表性，故可通過(guò)代表測(cè)速垂線的測(cè)量來(lái)計(jì)算斷面平均流速。

在建立了代表測(cè)速平均流速-斷面平均流速關(guān)系后，當(dāng)斷面流速分布發(fā)生改變時(shí)，我們可通過(guò)代表測(cè)速垂線調(diào)整重新率定關(guān)系，建立新的代表測(cè)速平均流速V代表-原斷面平均流速V斷面關(guān)系。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證說(shuō)明該站所點(diǎn)繪的高水期V代表-V斷面關(guān)系線的合理性，下面對(duì)圖2進(jìn)行曲線檢驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

以上檢驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，該站高水期V代表-V斷面關(guān)系系數(shù)選定結(jié)果符合規(guī)范要求。

2.3 ?中水期資料的選取與代表測(cè)速垂線的分析

選擇該站2007～2010的實(shí)測(cè)流量資料進(jìn)行整理分析，通過(guò)篩選，依然采用起點(diǎn)距80m、140m、175m的3條垂線為中水期代表測(cè)速垂線，建立V代表-V斷面關(guān)系曲線，分析方法和步驟同高水期，如圖3所示。

從圖3中可看出代表測(cè)速垂線平均流速V代表與原實(shí)測(cè)斷面平均流速V斷面各關(guān)系點(diǎn)分布比較均勻，繪制中水期V代表- V斷面關(guān)系式，其相關(guān)方程為：

由代表測(cè)速垂線根據(jù)式（2）計(jì)算查線值，然后與原實(shí)測(cè)斷面平均流速V斷面進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)分析，即對(duì)該站所定V代表- V斷面關(guān)系式進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，各項(xiàng)誤差檢驗(yàn)均符合《水文資料整編》規(guī)范要求，根據(jù)式（1）和式（2），用該站中高水的代表測(cè)速垂線的算術(shù)平均流速來(lái)推算斷面平均流速，使用相應(yīng)實(shí)測(cè)斷面面積進(jìn)行了流量計(jì)算，并與原實(shí)測(cè)流量進(jìn)行了誤差分析，高水系統(tǒng)誤差為-0.90%，隨機(jī)不確定度4.62%;中水系統(tǒng)誤差為0.56%，隨機(jī)不確定度5.77%。分析結(jié)果符合《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB 50179-93）表4.1.4規(guī)定。

3 ?借用大斷面資料計(jì)算流量的可行性分析

根據(jù)流量計(jì)算公式Q=FV斷面可知，斷面流量等于斷面面積（F）和斷面平均流速（V斷面）。由上述分析可知，斷面平均流速可以通過(guò)施測(cè)代表垂線來(lái)計(jì)算算術(shù)平均流速，利用式（1）和式（2）查算求得，對(duì)于大斷面面積的確定，可以采用實(shí)測(cè)或者借用已測(cè)大斷面資料（應(yīng)用時(shí)需進(jìn)行可行性分析）兩種方法均可。本文對(duì)在實(shí)測(cè)困難時(shí)，借用臨近實(shí)測(cè)的大斷面資料是否可行進(jìn)行了相關(guān)分析。

根據(jù)2007-2010年汛前大斷面成果，直線插補(bǔ)出各固定垂線的河底高程，分析比較，發(fā)現(xiàn)2007-2010年各固定測(cè)速垂線河底高程變化比較小，如圖4所示。

鑒于該站斷面比較穩(wěn)定，借用大斷面成果來(lái)計(jì)算斷面面積，與2007-2010洪水實(shí)測(cè)流量斷面面積來(lái)比較，根據(jù)式（1）和式（2）利用代表測(cè)速垂線V代表查算斷面平均流速、乘以借用斷面面積計(jì)算流量與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行誤差統(tǒng)計(jì)分析，如表3所示。

通過(guò)代表測(cè)速垂線和借用斷面面積計(jì)算流量與原實(shí)測(cè)流量誤差分析，高水系統(tǒng)誤差為-0.35%，隨機(jī)不確定度為4.44%;中水系統(tǒng)誤差為0.17%，隨機(jī)不確定度為5.72%。分析結(jié)果符合《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GB 50179-93）表4.1.4的規(guī)定。

由上述分析可得出結(jié)論，在水位陡漲陡落或者實(shí)測(cè)水深困難時(shí)，該站斷面面積可借用臨近實(shí)測(cè)大斷面成果來(lái)計(jì)算。

4 ?流量測(cè)驗(yàn)精簡(jiǎn)方案

根據(jù)上述中高水代表測(cè)速垂線的應(yīng)用分析及借用斷面資料計(jì)算流量的可行性分析結(jié)果，確定該站流量測(cè)驗(yàn)方案為：

（1）中高水期，在固定垂線80m、140m、175m施測(cè)垂線平均流速，垂線平均流速施測(cè)方案按測(cè)站任務(wù)書(shū)規(guī)定執(zhí)行，計(jì)算代表代表測(cè)速垂線算術(shù)平均流速，根據(jù)式（1）和式（2）計(jì)算斷面平均流速（V斷面）。

（2）該站斷面面積比較穩(wěn)定，在水位漲落急劇或?qū)崪y(cè)水深比較困難時(shí)，可以直接借用實(shí)測(cè)大斷面成果計(jì)算斷面面積（F）。

（3）根據(jù)公式Q=FV斷面計(jì)算斷面流量，即為單次測(cè)流成果。具體測(cè)驗(yàn)方案如表4所示。

5 ?結(jié) ?論

通過(guò)對(duì)該站中高水代表測(cè)速垂線計(jì)算的算術(shù)平均流速V代表與原實(shí)測(cè)斷面平均流速關(guān)系V斷面的分析，確定流量測(cè)驗(yàn)精簡(jiǎn)方案，使得測(cè)速垂線由原規(guī)定的多條減至3條，且在水位漲落急劇或?qū)崪y(cè)水深比較困難時(shí)，可以直接借用實(shí)測(cè)大斷面成果計(jì)算斷面面積，有效縮短了測(cè)驗(yàn)歷時(shí)，極大地提高測(cè)驗(yàn)效率，操作簡(jiǎn)便，可行性強(qiáng)，具有很強(qiáng)的適用性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：郝金義（1982-），男，漢族，河南林州人，工程師，本科，研究方向：水文監(jiān)測(cè)與水文分析計(jì)算。