屯溪水文站流量測驗方法精簡分析

楊芳

(黃山水文水資源局，安徽 黃山245000)

1 概述

流量是最重要的水文要素之一，其測驗成果的好壞，與測驗的精度高低及相應水位的代表性有關。流速儀精測法測流歷時較長，如水位變幅大，相應水位難以求準，建立的水位流量關系曲線就不真實，用水位在關系線上推出的流量，便缺乏代表性[1]，故將累積到的資料進行精簡分析是非常必要的。

精簡分析是在保證一定精度的前提下，精簡垂線、測點及測速歷時，來達到縮短測流歷時，減少測流工作量的目的，提高資料的代表性。本文以屯溪水文站為例，結合該站斷面及流速儀常測流量資料情況，選用合適的方法進行精簡分析，確定其可行性。

2 精簡分析

2.1 測站情況

屯溪水文站是皖南山區區域代表站，新安江干流控制站，國家基本水文站。屬山區性河流，河道坡度大，洪水漲得快、落得快、歷時短。測驗河段基本順直，河槽呈U型，基本斷面河床左部為卵石，洪水期稍有沖淤變化，右部為連片巖石，沖淤變化小，河底水生植物較少，斷面比較穩定。屯溪水文站基本斷面處共布設14 條流速儀測速垂線，根據水位不同，流速儀測流垂線數一般在12～14 條之間。垂線數較多，單份流量測流歷時需1 個多小時。

2.2 簡測法精簡分析

選用2010～2019 年流速儀測流資料共154 份作為分析對象，使用盡可能少的測速垂線，來計算精簡后的精度指標，分析簡測法是否可行，確定最佳方案。

2.2.1 選擇Vm/ V 比較穩定的垂線

選擇精度較高的8 份流量資料，計算垂線平均流速Vm與斷面平均流速V 的比值，然后以起點距為橫坐標，Vm/V 為縱坐標，繪制Vm/ V 分布曲線，見圖1。由圖1 可以看出，起點距82.6m、114.6m、132.0m、152.6m 處Vm/ V 較為穩定。

圖1 Vm/ V 分布圖

2.2.2 單位流速及誤差計算

分別摘出起點距82.6m、114.6m、132.0m、152.6m 各條垂線處的垂線平均流速資料，四條垂線流速進行混合組合試算，垂線組合均值作為單位流速。按不同流量級，以斷面平均流速、單位流速分別作為縱坐標與橫坐標，繪制關系圖，并通過點群中心繪出關系線，計算相對誤差。若誤差符合要求，則方案成立。經過試算，當流量大于等于1020m3/s（共68 組），以起點距82.6m、114.6m 及132.0m 三處垂線流速的平均值做為單位流速時，繪制斷面平均流速V 與單位流速V0的關系圖，并繪出關系線，如圖2 所示，可知V=0.90V0，R2=0.9586，兩者密切相關。

圖2 斷面平均流速與單位流速關系圖

計算關系點偏離曲線的誤差及頻率誤差，見表1，可以得知，最大相對誤差為-14.2%，最小相對誤差為0.0%，累計頻率為75%的相對誤差為±3.8%，不超過±4%；累計頻率為95%的相對誤差為±7.1%，不超過±8%；系統誤差為0.3%，不超過±1%，誤差均達到規范要求。方案成立，簡測法可滿足生產需求。

表1 關系點偏離曲線誤差頻率誤差計算表

2.2.3 流量的推求

屯溪水文站流速儀中高水測流，只需測出起點距82.6m、114.6m 及132.0m 處的垂線平均流速，三者平均則為單位流速，單位流速乘以系數0.90，便可得到斷面平均流速，斷面平均流速與面積的乘積即為流量值。

3 簡測法的優點

3.1 縮短測流歷時，提高資料代表性

屯溪水文站采用流速儀流量測驗垂線數較多，單份流量測流歷時需1 個多小時，測流歷時較長。若水位變幅大，資料便缺乏代表性。而簡測法只需10 分鐘左右，測流歷時大幅度縮短，可提高資料代表性。

3.2 提高工作效率，測報更及時

屯溪水文站采用簡測法開展測驗，減少了工作量，可將時間分配到資料整編分析上，提高了工作效率。尤其在洪水期間，可快速測取流量，并將信息及時準確的上報，為各級相關部門防治水災提供技術支撐[2]。

4 結論

流量測驗方法的精簡分析是解決水文測站測驗任務的重要手段之一。經對屯溪水文站近幾年流速儀流量資料精簡分析，得知精簡成果滿足水文規范要求，所確定的流量簡測法適用于中高水流速儀法流量的測驗。如控制斷面或上下游水利工程等有變化，需根據實際情況，重新進行精簡分析。