董茹水文站單次流量測(cè)驗(yàn)方案的編制

任麗君

（太原市水文水資源勘測(cè)分局，山西　太原　030001）

降水產(chǎn)匯流到流域出口徑流的形成，整個(gè)動(dòng)態(tài)物理過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜，過(guò)程受各方面影響，為了研究小流域暴雨徑流關(guān)系設(shè)立了董茹水文站，只有高效、準(zhǔn)確地獲得流量資料，才能為實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更好地分析降雨徑流關(guān)系，本文根據(jù)董茹水文站測(cè)驗(yàn)條件，編制出河道單次流量測(cè)驗(yàn)方案。

1　水文站簡(jiǎn)況

董茹水文站位于汾河一級(jí)支流冶峪溝上，太原市晉源區(qū)董茹村，有上峪、西峪和董茹3個(gè)配套雨量站，為小流域降水徑流試驗(yàn)站。

1.1　流域自然地理概況

太原市晉源區(qū)，占流域面積18.9km2，干流長(zhǎng)度8.6km，冶峪溝在太原市區(qū)南中環(huán)橋附近匯入汾河，斷面形狀為復(fù)梯形。流域平均寬度2.2km。流域平均比降395‰。干流平均比降40.7‰。河床組成為：山口以上主流以砂卵石為主，出山口后為人工砌石河道。本區(qū)山地占65%，丘陵階地占19%，丘陵坡地占16%。

1.2　測(cè)驗(yàn)河段情況和測(cè)驗(yàn)任務(wù)

該測(cè)驗(yàn)河段河道順直平坦，寬度均勻，主要為砂卵石，坡降較為一致。測(cè)驗(yàn)斷面寬度約為37.0m。董茹水文站大斷面測(cè)量成果見(jiàn)表1，董茹水文站大斷面見(jiàn)圖1。常規(guī)觀測(cè)項(xiàng)目有：水位，流量，含沙量，降水量，蒸發(fā)，墑情，地下水等。

1.3　報(bào)汛任務(wù)

董茹水文站位于太原市市區(qū)中心上游，承擔(dān)重要的防汛任務(wù)，主要負(fù)責(zé)向山西省防汛指揮部、太原市防汛指揮部、太原市水文水資源勘測(cè)分局等單位提供雨水情實(shí)時(shí)信息。董茹水文站報(bào)汛曲線見(jiàn)圖2。

2　測(cè)驗(yàn)河段設(shè)施

基線設(shè)在右岸，上下斷面間距為100m?；€樁、斷面樁、標(biāo)注牌、斷面索，各斷面水尺齊全，在基本水尺斷面測(cè)流，設(shè)立雷達(dá)波自記水位器，無(wú)線雷達(dá)波測(cè)流系統(tǒng)即浮標(biāo)纜道，能夠滿足高、中、低水位的測(cè)驗(yàn)要求。

表1　董茹水文站大斷面測(cè)量成果表

圖1　董茹水文站大斷面圖

3　測(cè)驗(yàn)方案的的編制

3.1　水位級(jí)劃分

董茹水文站屬于小河站，水位級(jí)的劃分采用典型年法，根據(jù)多年來(lái)各年汛期總水量進(jìn)行頻率計(jì)算，繪制頻率曲線圖，當(dāng)計(jì)算頻率P為10%、50%和90%時(shí)，對(duì)應(yīng)的汛期徑流量相應(yīng)年份為豐水、平水、枯水3個(gè)典型年。根據(jù)以上3個(gè)典型年汛期逐日最高水位計(jì)算頻率，并繪制相應(yīng)頻率曲線圖，當(dāng)頻率P為10%、50%、90%對(duì)應(yīng)的水位為高、中、低水位。劃分成果見(jiàn)表2。

圖2　董茹水文站報(bào)汛曲線

表2　董茹水文站水位級(jí)劃分表

3.2　流量測(cè)驗(yàn)方案

根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》的要求規(guī)定，按照董茹水文站不同水位級(jí)的水流特性、測(cè)驗(yàn)斷面控制情況和測(cè)驗(yàn)精度要求，制定單次流量測(cè)驗(yàn)方案。

3.2.1中、低水流量測(cè)驗(yàn)方案

中水水位（802.11m～802.52m）和低水水位（801.97m～802.11m）采用流速儀0.6一點(diǎn)法測(cè)流。

“當(dāng)人將意義投注于局部空間，然后以某種方式依附其上，空間就成了地方”[14]19，例如兩個(gè)研究對(duì)象中類似巷道的廊道空間，就完成了一種意義的植入；其次是地景的引入，地景指的是地面的有形地勢(shì)以及視覺(jué)觀念[14]19。攬清和即下山的空間朝向都將各自的特色地景引入了設(shè)計(jì)。

測(cè)速垂線選擇。

測(cè)流斷面上布設(shè)測(cè)速垂線的多少是決定流量測(cè)驗(yàn)精度的重要條件之一，首先根據(jù)控制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，均勻布設(shè)測(cè)速垂線，主槽垂線布設(shè)要比河灘密，同時(shí)還應(yīng)考慮節(jié)約人力、時(shí)間，合理的測(cè)速垂線以能充分反映橫斷面流速分布情況為宜。無(wú)大割大補(bǔ)，達(dá)到測(cè)驗(yàn)精度要求，董茹水文站斷面垂線選擇方案見(jiàn)表3。

表3　斷面垂線選擇方案

合理選擇測(cè)速歷時(shí)。

流速儀在某測(cè)點(diǎn)上測(cè)速時(shí)，由于受到流速脈動(dòng)的影響，歷時(shí)越長(zhǎng)，實(shí)測(cè)值越接近真值，但當(dāng)斷面流量暴漲暴落時(shí)，由于施測(cè)歷時(shí)太長(zhǎng)，就會(huì)失去搶測(cè)洪峰的機(jī)會(huì)，因此正確選擇測(cè)速歷時(shí)尤為重要。董茹水文站測(cè)速歷時(shí)選擇方案見(jiàn)表4。

表4　測(cè)速歷時(shí)選擇方案

岸邊流速系數(shù)的確定

在計(jì)算岸邊或死水邊部分的平均流速時(shí)需要確定岸邊流速系數(shù)α值，在測(cè)流過(guò)程中，為了減小岸邊流速系數(shù)帶來(lái)的測(cè)量誤差，通常在岸邊的垂線選擇上盡可能靠近岸邊。董茹水文站的岸邊流速系數(shù)選擇方案見(jiàn)表5。

表5　岸邊流速系數(shù)選擇方案

3.2.2高水測(cè)驗(yàn)方案

合理選擇測(cè)速垂線。

水面均勻浮標(biāo)法測(cè)流，應(yīng)在全斷面均勻投放浮標(biāo)，有效浮標(biāo)的控制部位，宜與流速儀測(cè)流方案中所確定的部位一致。當(dāng)橫向流速變化較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)速垂線，每條測(cè)速垂線應(yīng)在測(cè)速前實(shí)測(cè)水深或合理借用斷面。

測(cè)速行距的選擇。

均勻浮標(biāo)法測(cè)流，選擇行距均選擇上下斷面間距100m。

斷面的借用。

汛前必須測(cè)量大斷面，大水過(guò)后或斷面發(fā)生變化時(shí)要及時(shí)測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝?，借用斷面采用洪前借洪前，洪后借洪后，洪峰借最大斷面的原則。

確定浮標(biāo)系數(shù)。

浮標(biāo)系數(shù)是由斷面流量除以斷面虛流量，或由斷面平均流速除以斷面平均虛流速，或斷面平均流速除以中泓、漂浮物浮標(biāo)流速而得。合理確定浮標(biāo)系數(shù)是影響浮標(biāo)測(cè)流成果精度的關(guān)鍵，浮標(biāo)系數(shù)是多因素影響的綜合參數(shù)，根據(jù)不同水位級(jí)確定不同浮標(biāo)系數(shù)，還應(yīng)考慮測(cè)驗(yàn)斷面的形狀、水深、糙率、比降、水草、流態(tài)、上下游河道形式（測(cè)站控制條件）、風(fēng)力、風(fēng)向等因素，同時(shí)還受浮標(biāo)的制作材料、形式、出水高度、入水深度等因素影響。經(jīng)過(guò)比測(cè)試驗(yàn)分析，董茹站浮標(biāo)測(cè)流方法的浮標(biāo)系數(shù)見(jiàn)表6。

表6　董茹站浮標(biāo)測(cè)流方法的浮標(biāo)系數(shù)

選擇浮標(biāo)測(cè)流時(shí)應(yīng)注意，當(dāng)浮標(biāo)投放設(shè)備臨時(shí)發(fā)生故障或毀損嚴(yán)重時(shí)，或河中漂浮物過(guò)多，投放的浮標(biāo)無(wú)法識(shí)別時(shí)，可在浮標(biāo)上插小彩旗。

4　合理確定測(cè)洪方案，確保安全生產(chǎn)

董茹水文站流量測(cè)驗(yàn)方案實(shí)施過(guò)程中應(yīng)合理確定測(cè)洪方案，測(cè)洪安全必須放在首位，樹(shù)立安全意識(shí)，確保安全生產(chǎn)，切實(shí)做到防患于未然，切實(shí)做到“測(cè)的住，測(cè)得準(zhǔn)，報(bào)得出”。

4.1　測(cè)驗(yàn)儀器安全

流速儀是測(cè)驗(yàn)流量最關(guān)鍵的儀器，要認(rèn)真閱讀說(shuō)明書，決不能在超過(guò)測(cè)速范圍和測(cè)驗(yàn)環(huán)境下使用，保證定期維修養(yǎng)護(hù)和鑒定，保證測(cè)驗(yàn)儀器安全。

在測(cè)洪時(shí)把安全放在首位，盡量避開(kāi)雷電，測(cè)驗(yàn)人員必須穿救生衣，纜車必須配備斧頭等斷索工具，在保證人身安全的情況下進(jìn)行作業(yè)。

4.2　測(cè)驗(yàn)纜道作業(yè)安全

施測(cè)人員必須熟練掌握操作儀器設(shè)備性能，嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行。纜車運(yùn)行時(shí)，施測(cè)人員應(yīng)注意：當(dāng)纜車跨越道路時(shí)，要注意來(lái)往車輛及行人；施測(cè)時(shí)，注意纜車要保持在距離水面1m以上，以防止遇到河流水位暴漲時(shí)，避免勾掛樹(shù)木草根，影響測(cè)驗(yàn)安全；纜車作上升運(yùn)行時(shí)，施測(cè)人員應(yīng)注意測(cè)量?jī)x器與纜車底部控制在安全距離內(nèi)，以防止儀器和纜車碰撞，損壞儀器，拉斷鋼絲繩，破壞纜道，傷及人員。

5　結(jié)語(yǔ)

本文以董茹水文站為例敘述了小流域降水徑流試驗(yàn)站單次流量測(cè)驗(yàn)方案，對(duì)提高同類小河實(shí)驗(yàn)站流量測(cè)驗(yàn)精度，保證測(cè)驗(yàn)安全，提供了可行的方法。