流量測驗方法簡化分析及應用
——以沙里寨水文站為例

2020-06-03 01:20:56程瑞修

黑龍江水利科技 2020年4期

關鍵詞：方法

程瑞修

(遼寧省丹東水文局，遼寧丹東 118000)

1 流量測驗方法概述

1.1 常用方法分類

流量是指單位時間內通過河道某一橫斷面的水體體積。流量測驗是掌控江河湖泊水量變化的重要手段，對于水資源規劃、防洪減災具有重要的意義。流量測驗方法很多，按測量原理的不同主要分為流速面積法、水力學法、物理法、化學法。流速面積法是通過實測斷面上的流速和過水斷面面積來推求流量，如常用的流速儀法、比降面積法、浮標法等；水力學法是通過測量水工建筑物的水力因素，并將其代入相應水力學公式測算流量的一種方法；物理法是利用某種物理量在水中的變化來測定流速，并推算流量，如超聲波法、電磁法等；化學法則是根據質量守恒定律，將一定濃度已知量的指示劑注入河水中，利用擴散稀釋后的濃度與水流的流量成反比，測定水中指示劑的濃度推算流量。

1.2 流速儀法原理

流速儀法是水文站最常用的流量測驗方法，其將河道斷面劃分為若干部分，測算出各部分斷面的面積，并用流速儀測量、計算出各部分面積的平均流速，兩者的乘積，即為部分流量，各部分流量的和為全斷面的流量，即：

(1)

式中：Q代表河流流量，m3/s；qi代表第i部分流量，m3/s；Vi代表第i部分平均流速，m/s；Fi代表第i部分斷面面積，m2。

實際工作中，首先根據河流情況在測流橫斷面布設若干條測速垂線，再沿各條垂線測定其起點距和水深，推算垂線間部分面積，最后在各條測速垂線上采用多點法測算垂線平均流速，最終求得全斷面流量。

2 方法簡化分析

2.1 測站概況

沙里寨水文站位于鳳城市沙里寨鎮蔡家村，E124°42′，N40°08′，集水面積為4810km2，距大洋河入河口43km。該站為大洋河下游干流站，通過監測大洋河的水量、沙量以及各種水文特征，分析暴雨徑流、產匯流關系，為國家建設、水資源開發利用和保護、下游險區防汛提供決策依據，擔負著向國家、省、市等防汛領導部門的水、雨、特殊水情等拍報任務。

2.2 流量測驗存在的問題

沙里寨水文站屬于山溪性河流，洪水暴漲暴落，洪峰歷時短暫，水面漂浮物多。若按照河流流量測驗規范規定，在正常流量測驗中存在測流垂線多、測驗時間長、漂浮物過多造成流速儀下放困難等問題。其中由于測流時間較長，測流開始水位與結束水位相差較大，平均水位的相應流量代表性較差，且最高水位的相應流量不易量測，易造成流量測驗中誤差較大。

中泓水面一點法可有效減少流量量測工作量，縮短測量時間，提高洪水報訊的時效性，在洪水流量測驗方法簡化中得到廣泛的應用。在中泓水面一點法的應用過程中中泓水面系數推算是該方法的重要內容，中泓水面系數的準確性決定了流量測驗的準確性，也是中泓水面一點法能否替代流速儀測流方法的決定因素[1]。

2.3 中泓水面系數推算

本次分析數據采用沙里寨水文站2018年洪峰過程，共28次實測流量成果。通過分析實測垂線流速圖見圖1，確定中泓垂線的起點距。通過對實測數據的分析，選擇流速接近中泓流速的垂線分別與斷面垂線平均流速建立相應關系，并對不同的水位分別進行分析，選擇相應關系最好的垂線近似為中泓垂線。結果表明起點距180m的垂線水面流速為橫坐標時(斷面平均流速為縱坐標)，建立的相關關系最好見圖2，因此篩選得到起點距180m的垂線作為中泓垂線

通過圖2可知，兩者的相關關系較好，相關系數為0.978，回歸方程為y= 0.782x-0.066，因此推得中泓水面系數為0.782。

3 簡化方法驗證

為驗證推算得到中泓水面系數在沙里寨水文站流量測定的準確性，用所得中泓水面系數對28次實測流量進行還原，并以流速儀實測流量為近似真值，與中泓水面系數重新計算流量比較，進行誤差分析，計算結果如表1所示。

根據誤差統計，因第1次流量起點距180m的垂線誤差較大不參加誤差統計，流量的相對誤差不超過±3.0%的共23次，累積頻率達到85%。不超過±5.0%的累積頻率達到100%。根據《水文測驗手冊》中系統誤差的確定方法：當各次流量的大小分布不十分均勻，相對系統誤差并非等量存在重新計算流量中時，可分別算出各測次重新計算的流量誤差，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。根據以上方法統計得到的系統誤差為1.82%<2%，滿足常測法誤差界限，表明中泓水面一點法在沙里寨水文站的測量成果符合測驗和報訊要求。