岳圩水文站流量測速垂線精簡分析

蘭美標

百色市水文水資源局 廣西百色 533000

摘要：根據《水文測驗手冊》的要求，結合岳圩水文站垂線平均流速橫向分布曲線及綜合斷面圖，以該站2011至2014年30次具有代表性的﹑精度較高的實測流量成果資料為依據，對岳圩水文站的測速垂線進行了精簡分析，確定了水位524.65m以上和524.65m以下兩個測速垂線精簡方案，并對精簡前后流量進行誤差分析，結果滿足規范要求。建議：岳圩水文站常測年份改用精簡測速垂線后的測流方案。

關鍵詞：流量；測速垂線；常測法；精簡分析

1 概述

岳圩水文站設立于1958年，位于廣西百色市靖西縣岳圩鎮隘屯，東經106°31′，北緯22°57′，集水面積為922K㎡。水文測驗斷面位于河道的左岸，基本水尺兼流速儀測流斷面形狀如U形，較大洪水時，右岸河床稍有沖淤，斷面上游3.0km有岳圩水電站，下游250m有水壩，受水工程影響較嚴重。主泓變動及流速分布變化情況：高中低水位的中泓位置分別在起點距45m處，流向與斷面垂直，無斷流現象。水文特征值：歷史實測最高水位530.70m，最大流量992m3/s。

岳圩水文站現在測流時使用13條垂線施測，高、中、低水位都采用二點法（0.2，0.8）測速。這樣即耗時又費力，經常會錯過洪峰的持續時間，測到的洪峰流量精度不夠精確，所以對該站進行了測速垂線的精簡分析，以確定最佳的測流方案作為該站的常測法。

表1 岳圩水文目前的測速垂線（13條）

垂線號12345678910111213

起點距/m10152025303540455055606570

2 常測法精簡分析

2.1依據的資料

精簡分析是流量測驗中一個很重要的環節，既能保證流量測驗的成果精度，又能減少測流的工作量，縮短測流歷時，提高測報的準確性和時效性。通過精簡分析，制定各種比較合理的流量測驗施測方案，以適應不同水位級情況下，采用不同的測流工作方案。

為了對岳圩水文站常測法進行精簡分析，通過篩選，收集該站2011至2014年具有代表性的﹑精度較高的實測流量成果30次資料。其中，低水525.00m水位以下有8份，中水525.00～527.00m水位有22份，高水527.00m水位以上從2011年到目前為止該站還沒有實測流量成果資料，所以無法分析。從 30份實測流量來分析，水面寬范圍在80.0～85.8m，寬深比值（B/H）范圍在16.2～21.9m。岳圩水文站的河床是由砂礫石、細沙組成，兩岸為石砌防洪堤，所以該斷面沒有發生太大的變化，通過收集這四年的實測成果資料數據進行分析，流量成果分析誤差并不大。岳圩水文站的河道主槽部分在右岸，流速儀測速由左岸至右岸按順序施測。

2.2 精簡方案

2.2.1常測法測速垂線數目要求

根據《水文測驗手冊》3-19常測法測速垂線數的布設要求，當水面寬與平均水深之比值（B/）小于100時為窄深河道，大于100時為寬淺河道。岳圩水文站寬深比值（B/）范圍在16.2～21.9m，處于窄深河道。

2.2.2 精簡分析

繪制垂線平均流速、水深橫向分布圖（見圖1），如圖1所示：分別繪有代表性的及精度較好的中、低水位的垂線平均流速，527.00m以下處于中水位級，525.00m 以下處于低水位級。

圖1 岳圩站垂線平均流速橫向分布曲線及綜合斷面圖

根據《水文測驗手冊》3-67常測法的垂線﹑測點綜合精簡的分析的要求，結合本站的斷面情況，如圖1所示：垂線流速橫向分布變化趨勢，抽減流速變化緩慢或左右相鄰測線流速接近直線變化的測速垂線。根據水面寬與平均水深比值來看，該站處于窄深河道，水位達到最低的時候，水面寬還有72m。由于 524.65m以下的水位左右岸都存在流速等于零的現象，隨著水位越下降，左右的死水面積越大，測速垂線越減少。所以考慮用兩種不同的方案精簡，根據垂線平均流速橫向分布曲線及綜合斷面圖及30份實測流量成果資料的統計，水位在524.65m以上時，斷面上施測到的垂線和測點數目接近（見圖1），根據斷面的河流特性考慮524.65m以下和524.65m以上的水位兩個水位級的精簡方案。

方案一：當水位級在中低水524.65 m以下時，左右岸都存在死水現象。根據常測法測速垂線數目及水面寬于平均水深比值來看，該站處于窄深河道，正常水面寬都在于72.0～80.0m之間，正常測速7條垂線（見表2，所以不能再精簡垂線。

方案二，當水位級在524.65 m以上時，左右岸不再有死水現象。同理，結合圖1，抽減需注意的幾個問題是：垂線分布要大致均勻，但河段主槽位置垂線加密，在河槽地形和流速急劇轉折點處都布設有垂線的前提下，垂線分布應均勻，所以抽減起點距（3條垂線）20﹑30﹑50。經過30份資料的成果試算后的流量精度也滿足了《水文測驗手冊》[1]常測法的誤差界限。

2.2.3方案確定

通過以上幾個方面的分析，擬定該站測速垂線精簡方案分為兩個：

方案一：當水位在524.65 m以下時，水面寬范圍在79.8-80.0m，寬深比值的范圍還在21.5～24.1>100，對照表2，河道屬于窄深河道，測速垂線選擇7條（見表4）。

表2 水位（524.65m以下）測速垂線位置布設

垂線號1234567

起點距/m30354045505560

方案二：當水位在524.65 m以上時，水面寬范圍在80.0～85.8m，寬深比范圍在16.2～21.9>100，對照表2，河道也屬于窄深河道，測速垂線選擇9條（見表5）。

表5 水位（524.65.00m以上）測速垂線位置布設

垂線號123456789

起點距/m152535404555606570

2.3 誤差分析

根據《水文測驗手冊》[1]3-10常測法的規定：精簡后算得的流量與精測流量相比，其誤差符合規定時，即可用精簡后較少的垂線﹑測點測速，并作為經常性的測流方法。

對兩個精簡方案，根據《水文測驗手冊》[1]3-10的規定，把30份實測流量數據按原來的測法重新計算流量[2]，統計精簡前后數值的相對誤差是否超過允許范圍，從而確定精簡結果。精簡前和精簡后的流量基本擬合見圖2

流量的相對誤差不超過±3.0%的共30次，累積頻率達到97%。不超過±5.0%的累積頻率達到100%。根據《水文測驗手冊》[1]3-67系統誤差可用以下方法確定：當各精測流量的大小分布不十分均勻，相對系統誤差并非等量存在精簡后流量中時，可分別算出各測次精簡后的流量誤差，將各誤差值由負到正、有小到大依次排列，統計其累積頻率為50%的誤差數值，即可視為系統誤差。根據以上方法統計出的系統誤差為0.48%<1%。滿足了常測法誤差界限，即該精簡方案成立。

圖2 精簡前后的流量關系擬合圖

3 結論

岳圩水文站屬于暴漲暴落的山溪性河流，洪峰持續時間較短。流速儀測流斷面沒有經過精簡方案的分析之前，水位在525.20米以上，用13條垂線測流，由于測流時間過長，經常會錯失搶測洪峰時機，測到的流量精度也不夠準確。通過精簡分析使用新的施測方案后，既節省了測流時間，又能及時搶測到洪峰流量，保證了實測流量成果的精度，且流量成果達到整編規范的要求，有效地提高了工作效率。

參考文獻：

[1]水利電力部水利司.水文測驗手冊（第一冊，野外工作）[M].北京：水利出版社，1975.

[2]SL247—1999，水文資料整編規范[S].