纜道測流代表線法在文官（三）水文站的應用探討

崔 晨

（廣東省水文局湛江水文分局,廣東 湛江 524037）

0 引言

文官（三）水文站為九洲江區(qū)域代表站,九洲江上游鶴地水庫干流控制站,鶴地水庫高水位時本站斷面受回水頂托影響。中低水時受上游電站運行和閘門啟閉的影響,水位與流量變化頻繁。水位常年大多位于37.50 m 以上,在特大洪水,水面漂浮物多的情況下,為便于高洪時期流量測驗。分析出文官（三）水文站的常規(guī)測流方法——纜道測流的代表線法作為文官（三）水文站高洪時期流量測驗方案使用[1]。

1 水文站基本概況

文官（三）水文站位于廣西博白縣文地鎮(zhèn)神壇嶺村（位置見圖1）,為九洲江區(qū)域代表站、鶴地水庫入庫控制站、國家基本水文站、省界重要控制斷面,距下游鶴地水庫大壩33 km,集雨面積792 km2,占鶴地水庫集水面積的53%,干流長64 km,干流坡降1.09‰。該站為收集九洲江干流上游水文資料,結合流域開發(fā)、水質(zhì)監(jiān)測及水情需要而設。

圖1 文官（三）站流量測驗斷面圖

文官（三）水文站集雨區(qū)域降水充沛,但區(qū)域的降雨季節(jié)性明顯 。本站上游大多高山區(qū),干流坡降較大（1.09‰）。因此,洪水匯流時間較短,水位在38.80 m 以下受電站發(fā)電控制,漲落率小,水位在38.80 m以上受電站泄洪控制,漲落率大,最大漲落率達到每分鐘2 cm。當暴雨中心在中下游時,本站洪現(xiàn)時間為8 h～10 h,當暴雨中心在中上游時,本站洪現(xiàn)時間為12 h 以上。文官站實測水文數(shù)據(jù)特征值、特征水位分別見表1 和表2。

表1 文官站實測水文數(shù)據(jù)特征值

表2 文官水文站特征水位

2 流量測驗方法

2.1 流量測驗

根據(jù)廣東省水文局批復的《文官（三）水文站測站任務書》[2]的規(guī)定,本站的施測方法是流速儀常測法,為10～13條垂線一點法,多線多點法為10～13 條垂線多點法。測流時機及數(shù)量根據(jù)水位變化和洪水特性布置1～7 測次[3]。本站水位流量關系主要受上下游水利樞紐運行調(diào)節(jié)、調(diào)度的影響,測流測次,以能滿足（水位流量關系）整編（定線）推流、準確推算逐日流量和各種徑流特征值為原則,全年共測40 次流量左右[4]。

2.2 測驗斷面基本情況

本站測流斷面位于基本水尺斷面下游22 m 處,主流偏于右岸,流向與斷面垂直,測流斷面河底高程最低34.30 m,河床為沙礫層,兩岸為黃土沖積層,右岸修筑護坡,沖刷小。近年斷面穩(wěn)定。洪水期,斷面流量受到上游鶴地水庫溢洪閘控制,當上游鶴地水庫三個溢洪閘全開啟后,閘下沒有消能措施,水流集中排出,形成高速水流下泄到斷面,斷面起點距50 m～80 m 為高速區(qū),流速大于3 m/s,水體為滾波形狀,死水、回水并有巨大旋渦現(xiàn)象。輔助水尺斷面在基本水尺斷面上游260 m 處。鶴地水庫汛限水位39.30 m,正常蓄水位40.50 m,當鶴地水庫水位超過38.00 m 時,測流斷面水位即由水庫調(diào)蓄控制,即斷面組成水庫的一部分。文官（三）站流量測驗斷面圖見圖1。

3 代表線法分析

依據(jù)廣東省水文局批復的《文官（三）水文站測站任務書》[2]中的高洪測驗方法中,在確保安全前提下,優(yōu)先使用本站常規(guī)測流方法。在特大洪水,水面漂浮物多的情況下,可選用代表線法、電波流速儀法、比降面積法等方法進行測驗。所以為做好高洪測驗的準備工作,需分析出文官（三）水文站的常規(guī)測流方法——纜道[5]測流代表線法。

3.1 代表線法原理

選擇X 條代表垂線,在相對水深0.6 處測速,測點測速歷時 100s,特殊情況不少于60 s。其斷面流速、流量計算公式：

式中：V斷為斷面平均流速,m/s；V代為代表垂線的平均流速,m/s；A為斷面面積,m2；K、C為換算系數(shù)。

采用歷史資料成果分析確定,必須包含多線多點法、批復使用的走航ADCP。與多線多點法分析,取不確定度不超過8%的垂線作為代表線；取少線少點法分析的,取不確定度不超過10%的垂線作為代表線。

3.2 采用資料

本次對文官（三）水文站2014 年～2018 年資料進行分析,率定期間,實測最高水位41.62 m（2015 年10 月6 日11 時09 分）相應代表流速1.48 m/s；最大代表流速1.78 m/s（2018 年5 月10 日22 時04 分）相應水位為39.78 m。

通過分析計算,本次的代表垂線是起點距為90 m 的垂線,將起點距為90 m 垂線的相對0.6 水深處的流速作為代表線流速與對應斷面平均流速建立相關關系,分析相關關系的精度。

3.3 關系線精度分析

3.3.1 建立相關關系

2014 年4 月至2018 年9 月文官（三）水文站總共完成了66 組率定數(shù)據(jù)。繪制所選定的代表線流速與斷面平均流速相關關系圖（見圖2）,采用最小二乘法對V代與V斷關系進行分析建立回歸方程式,回歸方程式為V斷=0.6356×V代+0.1987；R2=0.9745。

3.3.2 關系曲線定線精度分析

根據(jù)規(guī)范要求,對上述回歸方程進行關系適線檢驗。結果見表3。

續(xù)表3

水位流量關系測點的標準差Se=4.8%,隨機誤差為9.6%≤ 10%,達到規(guī)范規(guī)定的精度要求；系統(tǒng)誤差為-0.04%≤± 1%,達到規(guī)范規(guī)定的精度要求。

檢驗計算：

1）符號檢驗：n=66,K=34,u=0.12＜1.15,認為合理,符號檢驗通過。

2）適線檢驗：n=66,不變換符號“0”次數(shù)為 36,變換符號“1”次數(shù)為 29,即K=29,u=0.74＜1.28,認為合理,適線檢驗通過。

3）偏離數(shù)值檢驗：n=66,平均相對偏離值ΔP=-0.04%,P的標準差S=4.73,ΔP的標準差Sp=0.58,統(tǒng)計量t=-0.07,|t|=0.07＜1.28,合理,偏離數(shù)值檢驗通過。

結果：符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗對水位流量關系曲線的檢驗,均達到規(guī)范要求,認為定線正確。

3.3.3 流量精度對比分析

通過用代表線法計算的斷面流量與實測流量進行對照,最大偏差為±9.56%,相對誤差≤±10%的比例達到了100%,可以說明代表流速和斷面平均流速的率定關系良好,可應用在高洪的流量測驗工作中。

4 結論

分析文官（三）水文站洪水期66 份實測流量資料,得到流速相關關系式為：V平均=0.6356×V代表+0.1987,R2=0.9745,相關關系較好,且通過了適線檢驗,所推算出的相關系數(shù)可作為經(jīng)驗系數(shù),在高洪時期流量測驗的情況下,將起點距90 m 垂線作為代表線,作為文官（三）水文站高洪時期流量應急測驗方法使用。