則克臺（北岸干渠）站流速垂線精簡分析

鄭杰（新疆伊犁水文勘測局新疆伊犁835800）

則克臺（北岸干渠）站流速垂線精簡分析

鄭杰
（新疆伊犁水文勘測局新疆伊犁835800）

則克臺（北岸干渠）站自設立以來，受渠首調閘影響，水位有時出現(xiàn)陡漲陡落現(xiàn)象，對流量測驗精度造成一定影響，為了既能滿足流量測驗精度，又能縮短測流歷時，提高流量測驗的效率，則克臺（北岸干渠）站以精測法資料為基礎對流速垂線進行精簡分析，以便對流速垂線精簡后的測驗方案提供可靠的依據。

則克臺（北岸干渠）站；流速垂線；精簡分析

1　測站概況

鞏乃斯河發(fā)源于那拉提山，全長約220km，流域面積4123km2。在鞏乃斯河出山口以下約60km處建有則克臺（北岸干渠）。該渠是鞏乃斯河上的一個人工引水渠道，2012年建成，以灌溉和發(fā)電為主。渠首設有一閘門用于調節(jié)水位。則克臺（北岸干渠）站設立于2013年5月，測驗斷面在渠首以下約2km處，地理位置：東經83°15′，北緯43°31′，屬于國家二類流量站，省級重要水文站。

該站自設立以監(jiān)測到最高水位9.43m，受渠首調節(jié)影響，水位陡漲陡落，有時30min之內水位漲落差可達0.50m或更多，而實測一份流量約30min，即便是按照（GB50179-93）《河流流量測驗規(guī)范》的要求，將測速歷時縮短至60s，一次測流過程也需15min～20min，這樣計算出來的平均水深，超過了該規(guī)范“一次測流過程的水位漲落差不超過平均水深的10%（小河20%）”的要求。

主要測驗設備及測驗方式

（1）水位測驗設備有傾斜式鋼板水尺和YSCADA-1雷達水位計，水位計運行良好時，每日人工校核一次，水位計出現(xiàn)故障時，采取人工加密測次。

（2）流量測驗設備是ls25-1旋漿式流速儀，全年采用手持測深桿相對水深0.6一點法橋測。

（3）測深、測速垂線，采用直接量距法量測，固定不變。

2　測站特性

則克臺（北岸干渠）站，測驗渠段順直，無橫比降，不受下游電站因調閘而造成的回水影響。由于水體中含沙量較小，渠底坡降較大，斷面一般不受沖淤變化影響，很穩(wěn)定，水位——流量關系良好，全年采用單一曲線法推流。干旱年份流經該斷面的水量占同年鞏乃斯河水量的約60%，豐水年份占到約40%。

該站主汛期是4月～8月，其中4月～5月多為積雪性形成的洪水，6月～8月為降雨產生的洪水。受積雪性洪水影響，洪峰特性一般是，一日一峰，此時的洪水漲落符合其特性（漸變性、連續(xù)性、漲陡落緩的特性），洪峰過程也較長，測流時機較好掌握。4月～5月如連續(xù)幾日高溫，此時再遇一場大雨，就會有一場大洪水，6月～8月如遇降大雨或暴雨也會產生大洪水。發(fā)生洪水時，渠首閘門調閘較頻繁，此時，水位變化沒有其規(guī)律性，出現(xiàn)陡漲陡落現(xiàn)象，對流量測驗精度影響很大，且測流時機也難以掌握。

測次分布。按照（SL247-1999）＜＜水文資料整編規(guī)范＞＞中“一年中流量測次的多少應以滿足確定水位-流量關系曲線為原則，新設站可適當增加”的規(guī)定，則克臺（北岸干渠）站，2013年每5日測一份流量，2014年每10日測一份流量，2015年每月測2份流量。水情變化較大時，隨時加測。測次分布能滿足該站定線要求。

3　測速垂線精簡分析

3.1水位級劃分

則克臺（北岸干渠）站高、中、低水位劃分如下：水位超過9.10m時為高水，8.10m～9.10m為中水，水位小于8.10m為低水。

3.2測深垂線與測速垂線的布設

《水文測驗學》中測深垂線布設原則：測深垂線的布設應以能掌握河床沿橫斷面變化的轉折點，無大割大補情況。測速垂線的布設原則：測速垂線的布設應能控制流速沿河床變化的轉折點。從以上兩原則可得出：測速垂線與測深垂線有緊密的關系。結合則克臺（北岸干渠）站流量測驗斷面屬于人工矩形斷面，渠底平坦沒有轉折變化這一實際情況。該站測深垂線與測速垂線應重合且均勻分布。

3.3測速垂線精簡前的流量測驗方案

則克臺（北岸干渠）站，測速垂線精簡分析前的流量測驗方案是該站2013年5月建站時確定的，并報上級領導機關批準，具體測驗方案如下：

（1）按精測法：測深、測速垂線選取9條，從流量測驗斷面左岸零點算起，起點距分別為：1.0m，2.0m，3.0m，4.0m，5.0m，6.0m，7.0m，8.0m，9.0m。

（2）流量測驗時的水深為手持測深桿人工直接觀讀。

（3）測速歷時一般為100s，水位變化較大時為60s。

（4）每條垂線采用相對水深0.6一點法測速。

3.4測流方案分析思路

測速垂線數量的多少直接影響單次流量測驗成果的隨機不確定度和已定系統(tǒng)誤差，這就要求垂線應能控制流速沿河床變化的轉折點，而則克臺（北岸干渠）站河段順直，流量測驗斷面又為人工矩形，非常穩(wěn)定，Z、Q、A、V之間關系穩(wěn)定，因此，流速沿渠底橫向變化不大，這就給測速垂線精簡分析提供了必要的條件，分析主要是以精測法實測流量資料為基礎對簡測法測驗垂線進行科學、合理的調整，以達到保證流量測驗精度，提高測報效率，減輕勞動量的目的。將原精測法方案的9條測速垂線調整為起點距1.0m、3.0m、5.0m、7.0m、9.0m，5條測速垂線。

3.5資料的選用

《水文測驗學》規(guī)定：流速垂線精簡分析應以高、中、低水位且均勻分布的不少于30份精測法實測流量資料進行精簡分析。受則克臺（北岸干渠）站渠首調閘影響，該站自建站以來低水位很少出現(xiàn)，即便出現(xiàn)時間也很短，因此低水位的實測流量次數很少，現(xiàn)從2013年實測流量42份，2014年實測流量47份，2015年實測流量28份中，選中、高水位且均勻分布的30份實測流量資料。其中2013年10份，2014 年10份，2015年10份，以這些所選的精測法實測流量資料做該站的中、高水位測速垂線精簡分析。

3.6流速垂線精簡分析方法

（1）精簡相關性分析

圖1　流速相關分析圖

表1　則克臺（北岸干渠）站流量測驗誤差計算統(tǒng)計表

從則克臺（北岸干渠）站，自建站以來兩年半的精測法實測流量資料中，選取中、高水位30份實測流量資料，按精簡后的測速垂線重新計算流量，計算出來的流量與精簡前的流量建立相關關系（圖1），做線性回歸分析。經過分析得到以下結果：相關系數0.9996，測定系數0.9992，校正系數0.9992，三者數值接近1，說明相關性顯著，擬合度好。通過分析得到以下方程式Q精=1.0085Q簡+0.0051，充分說明測速垂線精簡后的流量精度較高，相關性分析通過。

（2）測驗誤差分析

以測速垂線精簡前的高、中水位30份實測流量為近似真值，計算測速垂線精簡前、后流量的相對誤差，測速垂線精簡后每一份流量的隨機不確定度、已定系統(tǒng)誤差，累積頻率。計算結果見（表1），相對誤差-2. 2%～0.8%，系統(tǒng)誤差-0.5%，滿足《水文測驗學》中，相對誤差±5%，系統(tǒng)誤差±1%的精度指標，隨機不確定度在5.7%～5.0%之間，已定系統(tǒng)誤差-2.5%～-2.0%之間，滿足《水文測驗學》中流速儀法單次流量機不確定度：中水不超過8%、高水不超過7%，已定系統(tǒng)誤差-2.5%～1%（二類流量精度站）的要求，±3%的累積頻率達到了100%，滿足《水文測驗學》中75%的累積頻率不超過±3%的精度指標。

4　結語

通過對則克臺（北岸干渠）站建站以來高、中水位30份實測流量的測速垂線精簡分析，得到以下結果

（1）精簡后的流量測驗方案與精簡前的測驗方案所計算出的流量相關系數接近1，高度擬合，精簡前后流量相關性分析通過。

（2）通過分析計算相對誤差、系統(tǒng)誤差、單次流量的隨機不確定度、已定系統(tǒng)誤差、累積頻率等各項指標符合規(guī)范要求，說明精簡后的流量測驗方案可行。

（3）水位小于8.11m時采用測速垂線精簡前的流量測驗方案，水位達到8.11m時采用測速垂線調整后的流量測驗方案。

（4）精簡方案既能保證流量測驗精度，又能提高測驗效率，簡便可行。陜西水利

［1］（GB50179-93）《河流流量測驗規(guī)范》［S］北京中國計劃出版社1993.

［2］（SL247-1999）《水文資料整編規(guī)范》［S］北京中國水利出版社1999.

（責任編輯：暢妮）

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