羊莊坪水文站流量測(cè)驗(yàn)方法探討

李云霞　周正道

摘 要：羊莊坪水文站屬國(guó)家基本水文站，位于瀾滄江一級(jí)支流黑惠江中游，由于斷面上下游修建水利工程，近年來測(cè)驗(yàn)斷面淤積嚴(yán)重，斷面右岸出現(xiàn)不同程度的逆流，對(duì)流量測(cè)驗(yàn)工作造成很大影響。文章對(duì)2015年實(shí)測(cè)流量資料及測(cè)驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)比分析，確定了目前采用的測(cè)深、測(cè)速垂線可較好的控制測(cè)驗(yàn)斷面面積和流速，隨著水位的變化，流速分布、死水區(qū)、逆流區(qū)邊界也不同，應(yīng)在回流區(qū)內(nèi)適當(dāng)增加測(cè)深、測(cè)速垂線，以便測(cè)出逆流量。通過該文分析，可以解決受水利工程影響的流量測(cè)驗(yàn)問題。

關(guān)鍵詞：羊莊坪水文站 逆流 流量 測(cè)驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)：P33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）11（a）-0163-02

羊莊坪水文站屬國(guó)家基本水文站，一類精度站，測(cè)站位于瀾滄江一級(jí)支流黑惠江中游，羊莊坪站距匯口距離為157 km，至源頭河長(zhǎng)為177.4 km，流域面積為4330 km2，河道坡度4.68‰。黑惠江地處云南省西北部，位于東經(jīng)99°29′～100°26′、北緯24°42′～26°48′。流域面積12110.8km2，呈北窄南寬狹長(zhǎng)狀。是瀾滄江在云南省境內(nèi)流域面積最大、流程最長(zhǎng)的一級(jí)支流。發(fā)源于麗江縣九河鄉(xiāng)白漢場(chǎng)，源地高程2780 m，河長(zhǎng)341.8 km，落差1790 m，平均比降3.4‰。

建站以來最高水位1504.15 m，最低水位1497.03 m，多年平均水位1498.37 m，警戒水位1501.33 m，保證水位1501.78 m。最大流量1330 m3/s，最小流量1.83 m3/s，多年平均流量64.3 m3/s。本站年最大降水量1543.9 mm，最小降水量706.9 mm，多年平均降水量1137.7 mm。

1 測(cè)驗(yàn)斷面受工程影響后流速分布情況

羊莊坪水文站斷面呈U型，左岸為人工支砌，右岸為沙壤土，河床由沙卵石組成，由于上下游相繼修建電站，斷面淤積嚴(yán)重。主流在低、中、高水位級(jí)分布的起點(diǎn)距為：24～36 m，28～48 m，28～52 m，逐漸向兩岸遞減。

2015年1月測(cè)驗(yàn)河段受上游100 m處橋梁施工及河道內(nèi)修建臨時(shí)橋影響，造成測(cè)驗(yàn)斷面發(fā)生較大變化，斷面流速紊亂，存在死水、逆流等情況。受施工影響后斷面淤積嚴(yán)重，主流分布在低、中、高水位級(jí)分布的起點(diǎn)距為：24～34 m，20～36 m，16～40 m；根據(jù)水位級(jí)的不同，斷面中間40～52 m之間流速分布紊亂，屬死水區(qū)；左岸9.6～14.0 m和52 m后逐漸出現(xiàn)逆流，隨著水位級(jí)不同死水區(qū)及逆流區(qū)起點(diǎn)距也隨著變化。

2 流量測(cè)驗(yàn)方法分析及探討

羊莊坪水文站采用水文纜道流速儀法施測(cè)流量，在保證人身安全的前提下，低（枯）水時(shí)勘選臨時(shí)斷面涉水施測(cè)[1]。測(cè)流方法、測(cè)流儀器符合《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》GB50179-93的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)定。每次測(cè)流一般為實(shí)測(cè)水深，發(fā)生特殊水情時(shí)，采用借用斷面水深進(jìn)行測(cè)流和計(jì)算，洪水過后及時(shí)施測(cè)水道斷面。洪水期水位變化0.6～1.0 m左右測(cè)流一次，平水期5～7天測(cè)流一次，洪峰過程施測(cè)3～5次（起漲、漲落水峰腰、峰頂附近及落平），枯水期5～15天測(cè)流一次，并視水情變化情況適當(dāng)增加測(cè)次。增加垂線和測(cè)點(diǎn)數(shù)目的測(cè)流次數(shù)每年不少于5次。測(cè)流次數(shù)合理分布在各水位級(jí)和水情變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，能滿足確定水位流量關(guān)系或推算逐日流量和各項(xiàng)特征值的要求[2]。

2.1 測(cè)深垂線分析

因該站斷面上游100左右堆放大量泥土，漲水時(shí)容易被泥沙淤積，導(dǎo)致河床不穩(wěn)定，在每次大斷面測(cè)量后均應(yīng)進(jìn)行測(cè)深垂線精簡(jiǎn)分析，以驗(yàn)證原有測(cè)深垂線布設(shè)的合理性，如誤差不超過3.0%，說明現(xiàn)用測(cè)深垂線數(shù)目布設(shè)合理，反之則應(yīng)及時(shí)對(duì)原有測(cè)深垂線進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)充。對(duì)2015年實(shí)測(cè)大斷面資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明目前采用20根測(cè)深垂線可較好的控制測(cè)驗(yàn)斷面面積，就是說無論采用哪一種測(cè)流方案都必須對(duì)上述垂線測(cè)深，才能保證面積測(cè)驗(yàn)精度，這是該斷面河床結(jié)構(gòu)特性決定的。

2.2 深速垂線的布設(shè)

該站斷面情況復(fù)雜、流速紊亂，存在死水、逆流等情況，布設(shè)測(cè)速垂線時(shí)應(yīng)考慮河寬及水深、河床地形起伏和流速沿河寬分布的主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，無大補(bǔ)大割，垂線分布要大致均勻，主槽較河灘為密，主流和河灘水流相接處必須布設(shè)垂線，河床內(nèi)地形和水流不規(guī)則時(shí)，在地形起伏和流速分布的轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)布設(shè)垂線。該站斷面情況極不穩(wěn)定，流速紊亂、存在死水、逆流（超過2.0%）等情況，隨著水位級(jí)的不同，流速分布、死水區(qū)、逆流區(qū)邊界也不同，因此無論采用精測(cè)法或是常測(cè)法均需在死水區(qū)測(cè)定死水邊界，在回流區(qū)內(nèi)適當(dāng)增設(shè)測(cè)速垂線，以便測(cè)出逆流量及逆流邊界。

2.3 流量測(cè)驗(yàn)成果分析

對(duì)同一個(gè)斷面來說，流量的測(cè)驗(yàn)誤差主要決定于測(cè)深、測(cè)速垂線數(shù)多少和測(cè)點(diǎn)的分布。垂線和測(cè)點(diǎn)越少誤差的增率越大。測(cè)速、測(cè)深垂線和測(cè)點(diǎn)數(shù)越多，部分流量誤差對(duì)全斷面流量的影響越小。該站斷面流速分布不規(guī)則紊亂，為避免每個(gè)測(cè)點(diǎn)的偶然誤差對(duì)斷面流量有較大影響，根據(jù)水深的大小，采用不同的流速測(cè)點(diǎn)數(shù)目進(jìn)行比測(cè)。

對(duì)羊莊坪水文站不同水位級(jí)的多次實(shí)測(cè)流量進(jìn)行分析：用三點(diǎn)法（0.2、0.6和0.8）測(cè)得的流量與兩點(diǎn)法（0.2和0.8）測(cè)得的流量建立相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=0.9994。三點(diǎn)法（0.2、0.6和0.8）測(cè)得流量與一點(diǎn)法（0.6）測(cè)得流量建立相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=0.9999，相關(guān)關(guān)系較好。對(duì)一點(diǎn)法、兩點(diǎn)法所測(cè)流量與三點(diǎn)法分別進(jìn)去對(duì)比分析，誤差均不超過5.0%。

3 結(jié)語(yǔ)

鑒于羊莊坪水文站測(cè)驗(yàn)斷面復(fù)雜，流速分布紊亂，且斷面不同程度出現(xiàn)逆流等情況，通過對(duì)過去半年的流量測(cè)驗(yàn)方法及資料進(jìn)行分析，初步確定流量測(cè)驗(yàn)過程中按以下方法施測(cè)流量可以提高流量測(cè)驗(yàn)精度：（1）加密測(cè)次、實(shí)測(cè)水深，增加水面流速比測(cè)次數(shù)，掌握斷面沖淤變化情況，加密測(cè)驗(yàn)斷面中泓部分測(cè)速垂線，掌握斷面流速橫向變化規(guī)律；（2）在實(shí)際的流量測(cè)驗(yàn)過程中，流速可能受洪水漲落、斷面沖淤、風(fēng)速和風(fēng)向影響，流速橫向分布、死水邊界和逆流分布情況都隨著變化，每一次施測(cè)流量時(shí)均應(yīng)測(cè)定死水邊界和逆流區(qū)的回流量；（3）在保證人身安全的前提下，低枯水時(shí)勘選臨時(shí)斷面涉水施測(cè)流量，不定期用ADCP施測(cè)流量，以確定逆流、死水邊界及斷面流速分布情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉善海.受工程影響水文測(cè)驗(yàn)新技術(shù)應(yīng)用研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2015（4）：94.

[2] 金升高，林天才，王濤.城陵磯斷面受頂托期水文特征及測(cè)驗(yàn)方法探討[J].長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（1）：24-25.

[3] 朱曉原，張留柱，姚永熙.水文測(cè)驗(yàn)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2008.