共科水文站高洪應急測驗測速垂線精簡分析

彭劍

摘 要：根據《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）規定，利用2010～2012年共科水文站總計33份實測流量資料，對共科水文站進行流量測驗時測速垂線精簡試驗分析，試圖在滿足流量測驗成果精度條件下，通過精簡測速、測深垂線數目，分析在中高水位級測驗河段寬深比條件下的流量測驗的可行性，達到縮短流量測驗歷時，減少流量測驗工作量，減少測流危險，增加安全系數，提高測驗工作效率的目的，做到科學部署流量測驗方案。

關鍵詞： 測速垂線 測驗 精簡法 流量 試驗分析

中圖分類號：P33 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0222-02

（1）雅礱江是中國四川省西部河流。為長江上游金沙江的支流。發源于青海省巴顏喀拉山南麓，東南流入四川省西北部，在石渠縣附近進入四川時，正式被稱為雅礱江，沿大雪山西側經新龍、雅江等縣至云南邊界渡口市注入金沙江。長1，187公里，流域面積14.4萬平方公里。

新龍縣，位于四川省甘孜藏簇自治洲的腹心地帶，連接南北，地勢北高南低。最高點為北部卡瓦洛日雪山，海撥5992 m，最低點為南部孜拖西，海撥2760 m。縣境以北甘（孜）新（龍）公路經100公里與國道317線相連；縣境以南理（塘）新（龍）路經186公里，雅（江）新（龍）路116公里與國道318線相連。

新龍資源富集，急待開發，森林覆蓋率為26%，高于全省、全國水平，雅礱江流經全境208公里，水能蘊藏總量3250萬千瓦。

（2）共科水文站于2010年8月設立，位于新龍縣博美鄉共科村雅礱江左岸，東經101°11′，北緯30°44′，集水面積38619 km2，采用黃海基面，海拔2900多m。是二灘水電開發有限公司為開發雅礱江流域水電資源做設計和施工報汛的專用水文站，屬于一類水文站。測驗項目有：水位、水溫、岸溫、流量、單沙、輸沙、降水、蒸發、顆分、氣象。站上基本斷面河段順直長度約600 m，下游約400 m處有一彎道，為本站中高水位控制。基本斷面為卵石組成，沖淤變化小，河床穩定，歷年斷面面積比較均未超3%，水位流量關系單一穩定。站上全年全水位采用纜道流速儀法施測流量，即對單位時間內通過江河渠道某一斷面的流體體積（即流量）的實地測量。使用鋼架纜道將流速儀放入江中不同位置不同水深處測得江中水流速度，通過橫斷面上單元面積的流量是該面積與水流速度（流速）的乘積。分別測量各個部分的流速和面積（即測量水深和距離），即可求得流量。

（3）共科水文站距離縣城40公里，周圍無企業、單位、工廠及住戶。由于地理位置偏辟導致站上交通不便，市電供應不能保證，尤其是在汛期大洪水時，經常斷電。大洪水時江中漂木多，纜道測流時漂木極易撞壞鉛魚纜道，給纜道鉛魚測流帶來諸多風險。為了安全和提高和收集好雅礱江的水文資料，就必需縮短流量測驗歷時，以減少危險系數，因此對共科水文站進行流量測驗時測速垂線精簡試驗分析，試圖在滿足流量測驗成果精度條件下，分析在中高水位級測驗河段寬深比條件下的流量測驗的可行性，通過精簡測速、測深垂線數目， 減少測驗時間，達到縮短流量測驗歷時，減少測流危險，增加安全系數。

1 精簡試驗分析設計方案

1.1 水位級劃分

因該站設立時間較短水位級劃分不能按頻率分析計算方法劃分。根據共科水文站自建站以來的監測數據，當水位高于2944.50 m，流量大于600 m3/s時市電不能保證，水中漂木較多，測流歷時較長（常測法采用17-22根測速垂線，100秒測速歷時），采用纜道鉛魚測流存在很大風險。因此劃定2944.50 m以上為中高水，對水位Z》2944.50 m時做垂線精簡分析。

1.2 寬深比確定

根據《河流流量測驗規范》 （ GB 50179- 93）規定選取2010—2012期間測流水位在2944.50 m以上的流量測次33份。分別計算出測驗33份流量時河流的水面寬度（B）和平均水深（d），做寬深比（B/d）分析。通過計算出的寬深比（B/d）取平均值為15，根據寬深比（B/d）再從《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）表4.1.4查取三項參數斷面概化垂線流速分布形式參數，總隨機不確定度，系統誤差。查得三項參數值為：斷面概化垂線流速分布形式參數=0.15，總隨機不確定度=5，系統誤差=-2～1。

1.3 流速儀測流方案選擇

用查得的三項參數值斷面概化垂線流速分布形式參數=0.15，總隨機不確定度=5，系統誤差=-2～1。再從《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）附表4.9-1選取可行的測流方案。查表后得到m10，p1，t30（m為測速垂線，p測速點數，t為每點測速歷時）這一方案，舍去插補方案。

1.4 測速垂線精簡分析

1.4.1 選取代表性較高的流量測次

共科站中高水流量測驗河面寬為65.0～82.0m之間。布設了22條測速垂線。分別為16.0、19.3、23.0、26.4、30.0、32.5、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0、60.0、65.0、67.5、70.0、75.0、80.0、85.0、86.7、89.4、92.3、93.1 m。通過比較選用共科站2011～2012年3次（Q22#、Q26#、Q18#）具有代表性的、精度較高的精測法流量做垂線精簡分析。

1.4.2 測速垂線精簡

比較三分流量實測河流斷面上每點流速是否穩定可靠。將Q22#、Q26#、Q18#的垂線平均流速與水深點繪流速橫向分布圖。

將流速穩定，對流量計算影響較小的流速點舍去。比較分析后舍掉流速穩定影響較小的測速點即測速垂線12根，保留10根即還剩10點斷面測速點。根據流速橫向分布情況選定精簡后的測速垂線為30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0 m共10條垂線。

1.4.3 流量精簡垂線前后的流量比較

計算出Q22#、Q26#、Q18#三次流量精簡前后的流量并比較。用精簡后的測速點重新計算流量和未精簡測速點計算的流量做比較。

三次流量精簡垂線前后比較的誤差分別為0.9%、-0.5%、2.0%，均在3%的范圍內。

2 檢驗方案是否滿足要求

2.1 流量精簡前后分析比較

按規范要求分別計算精簡垂線前后的流量并統計累計頻率達75%以上的是否超過3%，累計頻率達95%是否不超過5%，系統誤差是否超過1%。

統計出累計頻率達75%以上的誤差為1.5%，小于±3%，累計頻率達95%以上的誤差為2.0%，小于±5%，系統誤差為-0.2%，小于±1%符合規范要求。

2.2 計算精簡前后系數

以精簡前流量為橫坐標，精簡后流量為縱坐標點繪精簡前后流量相關圖。

過點群重心劃一直線，直線斜率即為流量精簡后與精簡前的流量關系。從圖可得流量精簡后與精簡前的流量關系為1，符合常測法誤差界限。

3 分析成果

綜合上述，當共科水文站水位Z》 2944.50 m時可選方案m=10；p=1；t=30s，可選用30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0m10條測速垂線采用相對水深0.6一點法30秒測速，完全滿足規范要。

4 結語

試驗分析表明，共科專用水文站在中高水位應急測驗時的流量測驗垂線數目在滿足規范規定誤差時可以減少一半測速垂線，測點數可以全部采用一點30秒進行流量測驗，比未精簡時節省測驗時間2/3以上，不但提高了工作效率而且使共科站在有限的測驗條件下能應急快速準確的測驗出成果。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準.水文資料整編規范（SL247-1999）[S].北京：中國水利水電出版社.

[2] 中華人民共和國國家標準.河流流量測驗規范（GB 50179-93）[S].北京：中國計劃出版社，1993.

[3] 水利電力司.水文測驗手冊（野外工作）[M].北京：水利電力出版社，1983.endprint

摘 要：根據《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）規定，利用2010～2012年共科水文站總計33份實測流量資料，對共科水文站進行流量測驗時測速垂線精簡試驗分析，試圖在滿足流量測驗成果精度條件下，通過精簡測速、測深垂線數目，分析在中高水位級測驗河段寬深比條件下的流量測驗的可行性，達到縮短流量測驗歷時，減少流量測驗工作量，減少測流危險，增加安全系數，提高測驗工作效率的目的，做到科學部署流量測驗方案。

關鍵詞： 測速垂線 測驗 精簡法 流量 試驗分析

中圖分類號：P33 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0222-02

（1）雅礱江是中國四川省西部河流。為長江上游金沙江的支流。發源于青海省巴顏喀拉山南麓，東南流入四川省西北部，在石渠縣附近進入四川時，正式被稱為雅礱江，沿大雪山西側經新龍、雅江等縣至云南邊界渡口市注入金沙江。長1，187公里，流域面積14.4萬平方公里。

新龍縣，位于四川省甘孜藏簇自治洲的腹心地帶，連接南北，地勢北高南低。最高點為北部卡瓦洛日雪山，海撥5992 m，最低點為南部孜拖西，海撥2760 m。縣境以北甘（孜）新（龍）公路經100公里與國道317線相連；縣境以南理（塘）新（龍）路經186公里，雅（江）新（龍）路116公里與國道318線相連。

新龍資源富集，急待開發，森林覆蓋率為26%，高于全省、全國水平，雅礱江流經全境208公里，水能蘊藏總量3250萬千瓦。

（2）共科水文站于2010年8月設立，位于新龍縣博美鄉共科村雅礱江左岸，東經101°11′，北緯30°44′，集水面積38619 km2，采用黃海基面，海拔2900多m。是二灘水電開發有限公司為開發雅礱江流域水電資源做設計和施工報汛的專用水文站，屬于一類水文站。測驗項目有：水位、水溫、岸溫、流量、單沙、輸沙、降水、蒸發、顆分、氣象。站上基本斷面河段順直長度約600 m，下游約400 m處有一彎道，為本站中高水位控制。基本斷面為卵石組成，沖淤變化小，河床穩定，歷年斷面面積比較均未超3%，水位流量關系單一穩定。站上全年全水位采用纜道流速儀法施測流量，即對單位時間內通過江河渠道某一斷面的流體體積（即流量）的實地測量。使用鋼架纜道將流速儀放入江中不同位置不同水深處測得江中水流速度，通過橫斷面上單元面積的流量是該面積與水流速度（流速）的乘積。分別測量各個部分的流速和面積（即測量水深和距離），即可求得流量。

（3）共科水文站距離縣城40公里，周圍無企業、單位、工廠及住戶。由于地理位置偏辟導致站上交通不便，市電供應不能保證，尤其是在汛期大洪水時，經常斷電。大洪水時江中漂木多，纜道測流時漂木極易撞壞鉛魚纜道，給纜道鉛魚測流帶來諸多風險。為了安全和提高和收集好雅礱江的水文資料，就必需縮短流量測驗歷時，以減少危險系數，因此對共科水文站進行流量測驗時測速垂線精簡試驗分析，試圖在滿足流量測驗成果精度條件下，分析在中高水位級測驗河段寬深比條件下的流量測驗的可行性，通過精簡測速、測深垂線數目， 減少測驗時間，達到縮短流量測驗歷時，減少測流危險，增加安全系數。

1 精簡試驗分析設計方案

1.1 水位級劃分

因該站設立時間較短水位級劃分不能按頻率分析計算方法劃分。根據共科水文站自建站以來的監測數據，當水位高于2944.50 m，流量大于600 m3/s時市電不能保證，水中漂木較多，測流歷時較長（常測法采用17-22根測速垂線，100秒測速歷時），采用纜道鉛魚測流存在很大風險。因此劃定2944.50 m以上為中高水，對水位Z》2944.50 m時做垂線精簡分析。

1.2 寬深比確定

根據《河流流量測驗規范》 （ GB 50179- 93）規定選取2010—2012期間測流水位在2944.50 m以上的流量測次33份。分別計算出測驗33份流量時河流的水面寬度（B）和平均水深（d），做寬深比（B/d）分析。通過計算出的寬深比（B/d）取平均值為15，根據寬深比（B/d）再從《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）表4.1.4查取三項參數斷面概化垂線流速分布形式參數，總隨機不確定度，系統誤差。查得三項參數值為：斷面概化垂線流速分布形式參數=0.15，總隨機不確定度=5，系統誤差=-2～1。

1.3 流速儀測流方案選擇

用查得的三項參數值斷面概化垂線流速分布形式參數=0.15，總隨機不確定度=5，系統誤差=-2～1。再從《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）附表4.9-1選取可行的測流方案。查表后得到m10，p1，t30（m為測速垂線，p測速點數，t為每點測速歷時）這一方案，舍去插補方案。

1.4 測速垂線精簡分析

1.4.1 選取代表性較高的流量測次

共科站中高水流量測驗河面寬為65.0～82.0m之間。布設了22條測速垂線。分別為16.0、19.3、23.0、26.4、30.0、32.5、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0、60.0、65.0、67.5、70.0、75.0、80.0、85.0、86.7、89.4、92.3、93.1 m。通過比較選用共科站2011～2012年3次（Q22#、Q26#、Q18#）具有代表性的、精度較高的精測法流量做垂線精簡分析。

1.4.2 測速垂線精簡

比較三分流量實測河流斷面上每點流速是否穩定可靠。將Q22#、Q26#、Q18#的垂線平均流速與水深點繪流速橫向分布圖。

將流速穩定，對流量計算影響較小的流速點舍去。比較分析后舍掉流速穩定影響較小的測速點即測速垂線12根，保留10根即還剩10點斷面測速點。根據流速橫向分布情況選定精簡后的測速垂線為30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0 m共10條垂線。

1.4.3 流量精簡垂線前后的流量比較

計算出Q22#、Q26#、Q18#三次流量精簡前后的流量并比較。用精簡后的測速點重新計算流量和未精簡測速點計算的流量做比較。

三次流量精簡垂線前后比較的誤差分別為0.9%、-0.5%、2.0%，均在3%的范圍內。

2 檢驗方案是否滿足要求

2.1 流量精簡前后分析比較

按規范要求分別計算精簡垂線前后的流量并統計累計頻率達75%以上的是否超過3%，累計頻率達95%是否不超過5%，系統誤差是否超過1%。

統計出累計頻率達75%以上的誤差為1.5%，小于±3%，累計頻率達95%以上的誤差為2.0%，小于±5%，系統誤差為-0.2%，小于±1%符合規范要求。

2.2 計算精簡前后系數

以精簡前流量為橫坐標，精簡后流量為縱坐標點繪精簡前后流量相關圖。

過點群重心劃一直線，直線斜率即為流量精簡后與精簡前的流量關系。從圖可得流量精簡后與精簡前的流量關系為1，符合常測法誤差界限。

3 分析成果

綜合上述，當共科水文站水位Z》 2944.50 m時可選方案m=10；p=1；t=30s，可選用30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0m10條測速垂線采用相對水深0.6一點法30秒測速，完全滿足規范要。

4 結語

試驗分析表明，共科專用水文站在中高水位應急測驗時的流量測驗垂線數目在滿足規范規定誤差時可以減少一半測速垂線，測點數可以全部采用一點30秒進行流量測驗，比未精簡時節省測驗時間2/3以上，不但提高了工作效率而且使共科站在有限的測驗條件下能應急快速準確的測驗出成果。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準.水文資料整編規范（SL247-1999）[S].北京：中國水利水電出版社.

[2] 中華人民共和國國家標準.河流流量測驗規范（GB 50179-93）[S].北京：中國計劃出版社，1993.

[3] 水利電力司.水文測驗手冊（野外工作）[M].北京：水利電力出版社，1983.endprint

摘 要：根據《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）規定，利用2010～2012年共科水文站總計33份實測流量資料，對共科水文站進行流量測驗時測速垂線精簡試驗分析，試圖在滿足流量測驗成果精度條件下，通過精簡測速、測深垂線數目，分析在中高水位級測驗河段寬深比條件下的流量測驗的可行性，達到縮短流量測驗歷時，減少流量測驗工作量，減少測流危險，增加安全系數，提高測驗工作效率的目的，做到科學部署流量測驗方案。

關鍵詞： 測速垂線 測驗 精簡法 流量 試驗分析

中圖分類號：P33 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0222-02

（1）雅礱江是中國四川省西部河流。為長江上游金沙江的支流。發源于青海省巴顏喀拉山南麓，東南流入四川省西北部，在石渠縣附近進入四川時，正式被稱為雅礱江，沿大雪山西側經新龍、雅江等縣至云南邊界渡口市注入金沙江。長1，187公里，流域面積14.4萬平方公里。

新龍縣，位于四川省甘孜藏簇自治洲的腹心地帶，連接南北，地勢北高南低。最高點為北部卡瓦洛日雪山，海撥5992 m，最低點為南部孜拖西，海撥2760 m。縣境以北甘（孜）新（龍）公路經100公里與國道317線相連；縣境以南理（塘）新（龍）路經186公里，雅（江）新（龍）路116公里與國道318線相連。

新龍資源富集，急待開發，森林覆蓋率為26%，高于全省、全國水平，雅礱江流經全境208公里，水能蘊藏總量3250萬千瓦。

（2）共科水文站于2010年8月設立，位于新龍縣博美鄉共科村雅礱江左岸，東經101°11′，北緯30°44′，集水面積38619 km2，采用黃海基面，海拔2900多m。是二灘水電開發有限公司為開發雅礱江流域水電資源做設計和施工報汛的專用水文站，屬于一類水文站。測驗項目有：水位、水溫、岸溫、流量、單沙、輸沙、降水、蒸發、顆分、氣象。站上基本斷面河段順直長度約600 m，下游約400 m處有一彎道，為本站中高水位控制。基本斷面為卵石組成，沖淤變化小，河床穩定，歷年斷面面積比較均未超3%，水位流量關系單一穩定。站上全年全水位采用纜道流速儀法施測流量，即對單位時間內通過江河渠道某一斷面的流體體積（即流量）的實地測量。使用鋼架纜道將流速儀放入江中不同位置不同水深處測得江中水流速度，通過橫斷面上單元面積的流量是該面積與水流速度（流速）的乘積。分別測量各個部分的流速和面積（即測量水深和距離），即可求得流量。

（3）共科水文站距離縣城40公里，周圍無企業、單位、工廠及住戶。由于地理位置偏辟導致站上交通不便，市電供應不能保證，尤其是在汛期大洪水時，經常斷電。大洪水時江中漂木多，纜道測流時漂木極易撞壞鉛魚纜道，給纜道鉛魚測流帶來諸多風險。為了安全和提高和收集好雅礱江的水文資料，就必需縮短流量測驗歷時，以減少危險系數，因此對共科水文站進行流量測驗時測速垂線精簡試驗分析，試圖在滿足流量測驗成果精度條件下，分析在中高水位級測驗河段寬深比條件下的流量測驗的可行性，通過精簡測速、測深垂線數目， 減少測驗時間，達到縮短流量測驗歷時，減少測流危險，增加安全系數。

1 精簡試驗分析設計方案

1.1 水位級劃分

因該站設立時間較短水位級劃分不能按頻率分析計算方法劃分。根據共科水文站自建站以來的監測數據，當水位高于2944.50 m，流量大于600 m3/s時市電不能保證，水中漂木較多，測流歷時較長（常測法采用17-22根測速垂線，100秒測速歷時），采用纜道鉛魚測流存在很大風險。因此劃定2944.50 m以上為中高水，對水位Z》2944.50 m時做垂線精簡分析。

1.2 寬深比確定

根據《河流流量測驗規范》 （ GB 50179- 93）規定選取2010—2012期間測流水位在2944.50 m以上的流量測次33份。分別計算出測驗33份流量時河流的水面寬度（B）和平均水深（d），做寬深比（B/d）分析。通過計算出的寬深比（B/d）取平均值為15，根據寬深比（B/d）再從《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）表4.1.4查取三項參數斷面概化垂線流速分布形式參數，總隨機不確定度，系統誤差。查得三項參數值為：斷面概化垂線流速分布形式參數=0.15，總隨機不確定度=5，系統誤差=-2～1。

1.3 流速儀測流方案選擇

用查得的三項參數值斷面概化垂線流速分布形式參數=0.15，總隨機不確定度=5，系統誤差=-2～1。再從《河流流量測驗規范》（GB 50179-93）附表4.9-1選取可行的測流方案。查表后得到m10，p1，t30（m為測速垂線，p測速點數，t為每點測速歷時）這一方案，舍去插補方案。

1.4 測速垂線精簡分析

1.4.1 選取代表性較高的流量測次

共科站中高水流量測驗河面寬為65.0～82.0m之間。布設了22條測速垂線。分別為16.0、19.3、23.0、26.4、30.0、32.5、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0、60.0、65.0、67.5、70.0、75.0、80.0、85.0、86.7、89.4、92.3、93.1 m。通過比較選用共科站2011～2012年3次（Q22#、Q26#、Q18#）具有代表性的、精度較高的精測法流量做垂線精簡分析。

1.4.2 測速垂線精簡

比較三分流量實測河流斷面上每點流速是否穩定可靠。將Q22#、Q26#、Q18#的垂線平均流速與水深點繪流速橫向分布圖。

將流速穩定，對流量計算影響較小的流速點舍去。比較分析后舍掉流速穩定影響較小的測速點即測速垂線12根，保留10根即還剩10點斷面測速點。根據流速橫向分布情況選定精簡后的測速垂線為30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0 m共10條垂線。

1.4.3 流量精簡垂線前后的流量比較

計算出Q22#、Q26#、Q18#三次流量精簡前后的流量并比較。用精簡后的測速點重新計算流量和未精簡測速點計算的流量做比較。

三次流量精簡垂線前后比較的誤差分別為0.9%、-0.5%、2.0%，均在3%的范圍內。

2 檢驗方案是否滿足要求

2.1 流量精簡前后分析比較

按規范要求分別計算精簡垂線前后的流量并統計累計頻率達75%以上的是否超過3%，累計頻率達95%是否不超過5%，系統誤差是否超過1%。

統計出累計頻率達75%以上的誤差為1.5%，小于±3%，累計頻率達95%以上的誤差為2.0%，小于±5%，系統誤差為-0.2%，小于±1%符合規范要求。

2.2 計算精簡前后系數

以精簡前流量為橫坐標，精簡后流量為縱坐標點繪精簡前后流量相關圖。

過點群重心劃一直線，直線斜率即為流量精簡后與精簡前的流量關系。從圖可得流量精簡后與精簡前的流量關系為1，符合常測法誤差界限。

3 分析成果

綜合上述，當共科水文站水位Z》 2944.50 m時可選方案m=10；p=1；t=30s，可選用30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0m10條測速垂線采用相對水深0.6一點法30秒測速，完全滿足規范要。

4 結語

試驗分析表明，共科專用水文站在中高水位應急測驗時的流量測驗垂線數目在滿足規范規定誤差時可以減少一半測速垂線，測點數可以全部采用一點30秒進行流量測驗，比未精簡時節省測驗時間2/3以上，不但提高了工作效率而且使共科站在有限的測驗條件下能應急快速準確的測驗出成果。

參考文獻

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