落差法推流在利民河閘水文站應用初探

黃宏家 王昌平 金杰

1.江蘇省水文水資源勘測局鹽城分局 江蘇 鹽城 224051 2.揚州大學 江蘇 揚州 225009

1 測站基本情況概述

利民河位于鹽城市射陽縣境內，是江蘇省射陽縣南部的一條人工河道，由西至東流經射陽縣長蕩鎮中心河、黃沙港鎮境內利民河閘，于1955年開挖，后經過多次進行拓浚。如今河流全長42.5km，流域面積約524km2。河底寬度為7m～20m，河底高程為-1.5m～-2.0m，是射陽縣境內新洋港以北、黃沙港以南區域的主要排澇河道。利民河閘水文站位于利民河下游射陽縣黃沙港鎮利民河閘，設立于1970年7月，是利民河出海口控制站，為國家二類精度水文站。其測驗項目包括閘上水位、流量、降雨等。其流量測驗斷面設于閘上游150m處，上游基本水尺設于閘上游130m處，上游2km處設有水位比測斷面。該站水文特征值見表1。

表1 利民河閘水文站水文特征值統計表

圖1 利民河閘水文站示意圖

2 利民河閘水位流量關系的影響因素研究

利民河閘水文站歷年使用水文測流纜道進行流量測驗，運用一潮推流法定線推求全年流量。由于利民河在閘下3.3km處與黃沙港、運棉河匯合，共用黃沙港入海水道出海，出水流量受黃沙港、運棉河出水頂托影響較大，這些河流的張羅對利民河閘的水位流量有一定的影響，導致利民河閘水文站水位—流量關系不太穩定，因此測流工作量較大，且定線誤差較大。

根據射陽縣南部流域的地理特征、水流特性，并通過計算分析利民河水閘水位與流量的關系，發現利民河閘中水位與流量關系的影響因素較為復雜，主要包括河道沖刷和淤積的變化、下游支流的回水頂托以及洪水發生時間等影響因素，另一方面，上游支流洪水的結構特征以及江湖關系的演化等其他因素也對水位與流量關系變化具有著一定程度上的影響。

因此，采用什么方法推算水位流量至關重要，落差法因其特性，用于推算水位流量，有利于減少流量測次，提高推流精度。

3 落差法基本原理

與一般的校正因數法以及連時序法相比較而言，落差法更適用于受變動回水干擾、測驗河段比較順直、條件下河槽基礎穩定、落差較大的測站。其中點對線的相對誤差及隨機不確定度均可符合現行《水文資料整編規范》的數據要求。并且點對點的相對誤差還可以控制在85%以上，滿足數據所要求的精度范圍。自20世紀70年代首次提出以來，數十年的研究和實踐表明，使用該方法可以大幅度提高計算結果的精確度和可靠性，并且在技術領域具有廣泛的實用性。

根據實測流量數據，結合水文資料整編規范中的規定，建立水位與流量之間的線性關系：Qc=aZ+b（式中Z為本站測時水位）；應用上游比測水位與本站測時水位之差△Z作為參數，與實測流量Qs和Qc的比值K建立關系：K=a△Z2+b△Z+c。通過k值改正Q=Qc×K，推算流量。

4 落差法的分析計算

本次分析計算采用利民河閘站2017～2019年共計81次實測流量數據及上游水位比測站水位資料，經軟件模擬并計算出Z～Q關系線及△Z～K關系線（見圖2、圖3），其關系公式分別為：Qc=63.29H+27.72；K=33.62△Z2+7.21△Z+0.352。

圖2 水位流量關系線

圖3 K值關系線

由圖可見，經K值修正后，點線關系緊密，通過三項檢驗，并且系統誤差與隨機不確定度中各項指標均符合標準。

具體公式為：

式中：

Se—系統標準差；

n—測次總數；

Pi—相對誤差；

XQ—隨機不確定度。

根據系統標準差與隨機不確定度的公式，具體曲線定線精度與三種檢驗結果計算結果見表2。

Pi表2 曲線定線精度與三項檢驗結果計算表

對于觀測到的原始落差值數據，應盡可能地提高水位觀測值精度。經驗算，應用落差法推算流量與實測流量偏離±10%以內測次69次，占總測次的86.4%；誤差±15%以內內測次81次，占總測次的100%；最大誤差14.4%，滿足《水位資料整編規范》中二級精度堰閘流量站定線精度要求。

5 存在的問題

落差法目前廣泛應用于水文站推流計算模型中，其精度的確定主要受公式中相關參數取值大小的影響，并且在實際推流計算過程時，涉及到的落差計算以及選擇相應時間的還需要仔細考慮。目前利民河閘主要采用水位曲線讀取法進行水位狀況的測量。對于天然河流，更適合走中線的方法，但對于受水位波動影響的測站，若繼續使用中線法獲得的數據，在一定程度上會影響落差的計算精度，并且由于落差的計算量比較龐大，當應用程序進行計算時，采用將推流站水位讀取時間與落差讀取時間取為一致的做法，這種做法會加大數據精度控制的難度。

6 結束語

本文選用利民河閘（閘上）水文站2017年～2019年實測流量資料及上游水位比測站水位記錄數據，運用落差法計算分析，得出水位流量之間關系。計算分析表明，受黃沙港閘、運棉河閘排水頂托影響的利民河閘水文站，運用落差法推求流量是有效的方法，在兩個或者三個閘同時排水工況下，推求流量精度較高，但在其他兩個閘不排水的情況下，相對誤差較大，還需進一步分析。另由于本文僅對2017年～2019年的實測流量數據進行落差法計算分析，不具有普遍性和代表性，需收集更多的年限資料進一步分析，以提高精準度。