襄陽水文站上游站水位法推流分析

2018-12-10 05:02:40

水利水電快報 2018年11期

(長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局，湖北襄陽 441000)

自2010年起，襄陽水文站開始運用水平式ADCP測流，以解決該站復雜流態下的流量測驗問題。通過多年比測分析，其比測成果合格并投產運用。在水平式ADCP的運用過程中，因儀器故障記錄中斷情況時有發生，導致在線監測成果不連續，影響流量資料整編。為有效解決這一問題，本文根據上游站水位法確立上游廟崗站與襄陽站流量并建立水位流量關系[1]，同時驗算樞紐蓄水后廟崗-襄陽傳播時間，推求該站流量過程，以彌補水平式ADCP在線監測的不足。

1 應用上游站水位法的可行性分析

1.1 上游站水位法

上游站水位法是利用抵償河長原理進行推流的方法之一[2]。所謂上游站水位法，即若在某測流斷面上游設有多組水尺，同時收集各組水尺的水位資料，并用試錯方法，就可找到一組水尺的水位與測流斷面流量呈(或接近)單一關系。

若一河段中斷面水位Z中與河段槽蓄量W及出口斷面流量Q下三者為單值函數，則此河段的長度，稱為抵償河長。抵償河長理論計算公式為

L=[△Z0/△Q0]×[Q0/I0]

(1)

式中，L為抵償河長,km；△Z0為斷面水位，m； △Z0/△Q0為穩定流Q0時Z～Q關系曲線的斜率；Q0為穩定時的流量,m3/s;I0為相應于穩定流Q0時的水面比降。

在實際工作中，確定穩定流比較困難，一般多采用試錯法來確定L。在試錯過程中，當發現各組水尺與測驗流量建立的關系仍為繩套，僅幅度變小，說明水尺至測流斷面距離小于半個抵償河長，反之則說明大于半個抵償河長。采用這一規律，能較快地試算出水位流量關系為單一線的水尺,即選定水尺至測流斷面的距離應等于(或接近)半個抵償河長。

1.2 可行性分析

由上所述，受洪水漲落影響的測站，宜采用上游站水位法定線推流，且要求測驗河段基本穩定，測站上游附近無支流入匯，且不受下游變動回水影響[3]。顯然，崔家營樞紐蓄水后，襄陽水文站直接采用上游站水位法推流是不妥的。

由圖1可知，漢江廟崗至襄陽河段長38 km，其間無支流入匯，且廟崗站在崔家營樞紐蓄水后仍為天然河道。

圖1 漢江襄陽河段河勢情況

近年來受丹江口大壩加高影響，自2012年以來大壩下游河道處于電站正常調劑出流狀態下，因此大壩下游河床變化較小。從圖2漢江襄陽水文站大斷面變化可見，襄陽水文站河段斷面沖淤變化不明顯，河庫比較穩定。

圖2 襄陽水文站歷年斷面沖淤變化

選取2015年上游廟崗站水位與襄陽水文站水平式ADCP流量進行逐時對比，其中上游站水位變幅為68.41～71.16 m，襄陽水文站斷面流量變化范圍為237～1 870 m3/s，基本涵蓋了上游電站正常調劑出流下的水情。如圖3所示，上游站水位與襄陽水文站水平式ADCP所測流量過程上有相近之處，但又受下游電站變動回水影響，變化過程不能嚴格一致，但時段內平均值可能取得一定精度，可滿足該站水量推求需要。

1.3 水平式ADCP精度分析

自2010年開始,襄陽水文站運用水平式ADCP，采用指標流速法推算斷面流量。從近幾年的應用來看，指標流速關系相對比較穩定，2010～2013年指標流速與實測斷面平均流速共比測了57個樣本，建立了2010～2013年綜合指標流速關系線(見圖4)。曲線定線系統誤差為0.2%，隨機不確定度為10.7%，符合規范要求。

圖3 廟崗站水位與水平式ADCP流量逐時過程對照

圖4 水平式ADCP指標流速關系

對2015年關系點與綜合關系測點進行t檢驗，檢驗成果詳見表1。

綜上所述，應用上游站水位法建立廟崗站水位與襄陽站流量關系的方法可行。

2 相關分析

2.1 廟崗-襄陽傳播時間分析

由于受下游電站變動回水影響，不能簡單地通過上下游水位相關推求廟崗-襄陽傳播時間，只能采用其他方法。從圖3可知廟崗站水位與襄陽站流量變化過程相近，不妨采用上游站水位與襄陽站流量相關，通過試錯法確定傳播時間。根據下游電站蓄水前分析的成果，確定傳播時間6，7，8，9 h進行試錯(如圖5所示)，最后決定采用7 h。