界首水文站測速垂線精簡分析

崔游璐

摘 要：本文以2020年1—3月界首水文站纜道流速儀法實測流量數(shù)據(jù)為依據(jù)，精簡位于主航道中心（即起點距95.0 m）處測速垂線，保留其測深垂線，重新計算斷面流量，建立精簡測速垂線前后兩組流量數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，確定其可行性。經(jīng)計算分析，精簡測速垂線前后斷面流量關(guān)系良好，各項計算指標(biāo)均在允許范圍，界首水文站可以精簡位于主航道中心（即起點距95.0 m）處測速垂線，保留其測深垂線，實施斷面流量測驗。

關(guān)鍵詞：精簡分析;測速垂線;流量

中圖分類號：P332.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）20-0084-05

Abstract： In this paper， based on the measured discharge by the cableway current meter method at Jieshou Hydrological Station from January to March in 2020， the vertical line of velocity measurement could be simplified at the center of the main channel （the starting point distance is 95.0 m）， and the section flow was recalculated by retaining the depth measurement vertical line， the correlation between the two groups of flow data before and after the simplified of vertical line of velocity measurement was established， and the errors of the two sets of data was analyzed to determine its feasibility. Through the calculation and analysis， the relationship between the cross-sectional flow rate before and after the simplified speed measurement vertical line was good， and all the calculation indexes were within the allowable range， therefore， the vertical line of velocity measurement at the center of the main channel （the starting point distance was 95.0 m） at Jieshou Hydrology Station could be simplified， and the section flow could be measured with vertical line kept.

Keywords： simplified analysis;velocity measurement vertical line;flow

潁河航道被列入安徽省“兩干三支”骨干航道網(wǎng)的一支，是河南省通往蚌埠、南京、上海等地的重要航道。至2011年底，潁上船閘、太和耿樓船閘相繼建成通航，阜陽船閘重建完成，潁河航道實現(xiàn)全線貫通，往來船只頻繁。當(dāng)下各單位都在不斷強調(diào)安全生產(chǎn)，對安全問題越來越重視。潁河航道頻繁過往的船只給界首水文站纜道流速儀法測流帶來了很大的安全隱患，測流過程中必須及時避讓行船，否則可能會造成纜道損毀、船只受損、甚至人員傷亡。精簡主航道中測速垂線可以減少纜道測流設(shè)備在主航道停留的時間，縮短測流歷時，相應(yīng)地也減少了一部分安全隱患。

1 基本情況

1.1 河流概況

潁河河道全長為610 km，總流域面積為36 651 km2。潁河穿越界首市政府所在地，界首市境內(nèi)長度為14.2 km，流域面積為206.4 km2，左右岸堤防總長度為28.9 km。省界處河道底寬為80.0 m，提防邊坡為1∶3，左灘地高程為39.0 m，右灘地高程為37.0 m。

1.2 測站概況

界首水文站是潁河控制站、省界站，位于安徽省界首市城關(guān)鎮(zhèn)，地處豫皖交界處，屬于國家重要水文站、一類精度站。

界首站測驗河段順直長度約為500 m，基本水尺斷面下游約200 m處略有彎曲，基本水尺斷面兼作流速儀測流斷面，監(jiān)測斷面寬約為200 m。上游約30 km有槐店閘，約300 m有界臨鄲公路橋一座;下游約500 m有裕民大橋一座（目前正在拆除重建），約20 km有耿樓閘。受上下游閘門控制，本站水位長年處于中水期，水位變化保持在30.50～33.00 m，水面寬為135 m左右，河床穩(wěn)定，沖淤變化不明顯。

受上下游閘門運行和上游槐店閘水電站發(fā)電影響，界首站水位流量關(guān)系紊亂。上下游閘門啟閉運行頻繁和槐店閘水電站發(fā)電機工作，導(dǎo)致界首水文站流量測驗頻繁，年測流300次左右，單次測驗時長為80 min左右。

2 垂線精簡分析

2.1 斷面穩(wěn)定性分析

以2018年3月左岸護(hù)坡整理之后的大斷面資料為依據(jù)，點繪近幾年的實測大斷面圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，近幾年界首站斷面比較穩(wěn)定，除右岸為耕地受耕種影響稍有變動外，河道部分沖淤變化不大，基本穩(wěn)定。

2.2 精簡測速垂線原因及選擇

界首站現(xiàn)常用流量測驗方法為纜道流速儀法，采用一點法施測[1]。測流時受上下游大橋及兩岸障礙物影響，存在不能及時觀察到上下游來往船只情況的問題。測流過程中，避讓船只到恢復(fù)測流需要花費雙倍的纜道運行時間，而且容易出現(xiàn)避讓不及的情況。為減少纜道測流設(shè)備在主航道停留的時間，縮短測流歷時，減少測流生產(chǎn)安全隱患，對主航道內(nèi)測速垂線進(jìn)行精簡十分必要。界首站纜道流速儀法流量測驗為全年借用斷面，保留現(xiàn)有測深垂線不影響施測過程和施測時長。

界首水文站流速儀測流斷面起點距70. m、125.0 m處的下游位置（下游約10 m）分別設(shè)置有航標(biāo)，起點距80.0～110.0 m為主航道，主航道內(nèi)現(xiàn)有測速垂線三條，分別在起點距85.0 m、95.0 m和105.0 m處。根據(jù)斷面最低點必須布設(shè)測速垂線的規(guī)定，由實測大斷面結(jié)果可知，起點距85.0 m處為斷面最低點，該測速垂線不能精簡。而起點距95.0 m處正好位于主航道正中間，船只避讓最為困難，相對起點距105.0 m處測速垂線而言，選擇精簡起點距95.0 m處測速垂線效果更好。

2.3 精簡前后斷面流量相關(guān)關(guān)系分析

以2020年1—3月共計64次實測流量數(shù)據(jù)為依據(jù)，精簡起點距95.0 m處測速垂線，保留其測深垂線，計算精簡后斷面流量。其中，1～44測次為借用2019年10月31日實測斷面資料，45～64測次為借用2020年3月5日實測斷面資料。根據(jù)實測流量計算中采用借用斷面的不同，把64次實測流量分為兩個序列，對精簡前后斷面流量分別進(jìn)行分析，相關(guān)關(guān)系分別如圖2、圖3所示。

從圖2和圖3可以看出，不同借用斷面條件下，精簡測速垂線前后，斷面流量之間線性關(guān)系良好，相關(guān)關(guān)系式分別為y=0.999 3x-0.007 1、y=0.997 8x-0.035 7;確定性系數(shù)R2分別為0.999 7、0.999 6，擬合效果極好。界首站斷面穩(wěn)定，不同借用斷面條件下，相關(guān)關(guān)系變化不大。不考慮借用斷面影響情況，做64次實測流量的統(tǒng)一分析，如圖4所示。

從圖4可以看出，不考慮借用斷面影響情況下，精簡起點距95.0 m處測速垂線并保留其測深垂線，精簡前后，斷面流量之間線性關(guān)系良好，相關(guān)關(guān)系式為y=0.998 7x-0.011 3，確定性系數(shù)R2=0.999 7，擬合度很高，擬合效果極好。

2.4 誤差分析

由圖4可知，精簡前后，斷面流量線性關(guān)系極好，R2趨近于1，關(guān)系式趨近于y=x，為便于實際計算，精簡后斷面流量系數(shù)定為1.00。將精簡前斷面流量與精簡后斷面流量進(jìn)行誤差分析，如表1所示。

由表1可知，系統(tǒng)誤差為0.18%，累積頻率75%以上的誤差不大于0.89%，累積頻率95%以上的誤差不大于2.40%，成果精度滿足《水文測驗手冊》要求[2]。

3 結(jié)論

界首水文站精簡起點距95.0 m處測速垂線并保留其測深垂線后，其斷面流量與精簡前斷面流量呈良好的線性關(guān)系，斷面穩(wěn)定情況下不受借用斷面影響[3-4]。精簡前后，斷面流量相關(guān)關(guān)系良好，精簡后斷面流量系數(shù)為1.00。精簡前后，斷面流量數(shù)據(jù)各項計算指標(biāo)均處于允許范圍內(nèi)，可以精簡。數(shù)據(jù)資料中實測流量值均較小，缺乏較大流量，待資料系列完善后可進(jìn)行進(jìn)一步分析。雖然精簡掉位于主航道中心處的測速垂線會增加測流安全系數(shù)，但是人們?nèi)耘f不能掉以輕心，要時刻注意觀察上下游來船情況，做到安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.河流流量測驗規(guī)范：GB 50179—2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2]水利電力部水利司.水文測驗手冊[M].北京：水利電力出版社，1975.

[3]安徽省水文局.界首水文站測站任務(wù)書[Z].2020.

[4]界首水文站.界首站職工技術(shù)手冊[Z].2017.