月潭水文站中高水流量簡測分析

李立州

（黃山水文水資源局，安徽 黃山 245000）

隨著水文現(xiàn)代化的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)對水文服務(wù)要求的提高，水文站網(wǎng)密度越來越大，水文測驗(yàn)中越來越多的工作方式由人工測報(bào)轉(zhuǎn)為自動(dòng)測報(bào)，越來越多的水文站也將工作模式由駐測轉(zhuǎn)變?yōu)檠矞y。在流量測驗(yàn)工作中，ADCP、電波流速儀等現(xiàn)代化測驗(yàn)方法被不斷引進(jìn)，纜道流速儀法作為傳統(tǒng)的流量測驗(yàn)方法，依然被廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)中。在山區(qū)受洪水漲落快且沖刷力大的影響，各種測驗(yàn)方法的實(shí)施都有一定的局限性，建立中高水流量簡測方案可以解決高洪測驗(yàn)的難題。

一、基本概況

（一）測站概況

月潭水文站隸屬黃山水文水資源局，為基本水文站，河道站，二類精度站，設(shè)立于1958年12 月，站址在安徽省黃山市休寧縣五城鎮(zhèn)月潭村，屬錢塘江流域新安江水系率水干流，匯入新安江，控制流域面積954km2，距離河口25.0km。目前站內(nèi)流量測驗(yàn)實(shí)行巡測機(jī)制，水位在1.48m（文中采用高程均為測站基面高程）以上實(shí)行間測，站內(nèi)無人駐守，流量測驗(yàn)以滿足定線、推求逐日流量和各項(xiàng)特征值為原則，同時(shí)還應(yīng)滿足防汛調(diào)度和抗旱的要求。在月潭水文站上游10km處，建有一座大（二）——月潭水庫，月潭水庫已經(jīng)基本完工，即將投入運(yùn)行。測驗(yàn)河段順直整齊，河床以礫石和淤泥為主，沖淤變化小，河底水草較少。斷面上游1200m、下游2200m 附近有彎道，中、高水控制較好。水位流量關(guān)系多為單一線和臨時(shí)曲線型。月潭站歷史最高水位9.41m，漲幅超過8m；實(shí)測最大流速3.51m/s。

（二）自然條件

月潭水文站為率水控制站，率水是新安江的一級(jí)支流，位于安徽省南端，發(fā)源于休寧縣六股尖，流經(jīng)休寧縣棣甸、流口等地，再經(jīng)祁門縣鳧峰等地后，又流入休寧縣，流經(jīng)溪口、五城等地后，在屯溪與橫江匯合流入新安江。月潭水文站以上流域均屬皖南山區(qū)，為亞熱帶濕潤性性季風(fēng)氣候。降水年內(nèi)、年際分配不均，降水量多集中于主汛期（4-7 月）。率水上游，休寧縣西南部是流域內(nèi)一大暴雨中心，降水強(qiáng)度大，雨量集中，雖然流域內(nèi)植被覆蓋面極廣，開發(fā)程度不高，但是源短流急，山溪性特征明顯，仍極易出現(xiàn)洪水泛濫的情況。

二、建立簡測方案的目的

率水地處皖南山區(qū)，山區(qū)地形變化大，坡降大，所以山區(qū)河流普遍有著水位變幅大、洪峰滯時(shí)短的特點(diǎn)。由于水面比降大，河道中河水流速極大，沖擊力也非常大；尤其是在洪水漲水段，河內(nèi)漂浮物非常多，常有被洪水沖斷的大型樹木，這些漂浮物對測驗(yàn)安全有著比較大的威脅，也增加了洪水測驗(yàn)時(shí)的工作難度。為了測得完整的洪水過程，測驗(yàn)人員必須得小心謹(jǐn)慎的完成測驗(yàn)工作。

目前月潭站主要采用纜道流速儀法、比降面積法和走航式ADCP 三套測洪方案，當(dāng)水位在7.2m以下時(shí)啟用纜道流速儀法測洪；當(dāng)水位超過5m，可選用比降面積法。但這三種測洪方案都有著比較明顯的缺陷：流速儀法鉛魚入水受水流沖擊易擺動(dòng)影響測驗(yàn)精度，入水時(shí)間長，洪水期河道內(nèi)漂浮物多，存在較大的危險(xiǎn)性，且水位變化快，測流的代表性也較差；比降面積法測洪時(shí)比降觀測誤差大、糙率選擇困難；ADCP 三體船由于全程與水面接觸，中高水測驗(yàn)時(shí)難以避讓漂浮物，且浪大容易打翻ADCP 三體船，危險(xiǎn)系數(shù)大，無法使用。在這種情況下，建立一種測驗(yàn)歷時(shí)短且不影響測驗(yàn)成果精度的測洪方案是有必要的。

三、方案分析與建立

（一）資料選取

根據(jù)月潭站的實(shí)際情況、纜道的測驗(yàn)?zāi)芰傲髁繉?shí)測資料，選取月潭站近幾年水位2.50m以上所有流量精測、常測法實(shí)測資料共40 份。

（二）資料分析

在選用的40 份實(shí)測資料中，測速垂線共12 條，其中起點(diǎn)距為58m、68m、74m 的這三條垂線流速最為穩(wěn)定，用相對0.6 的一點(diǎn)法測得的垂線平均流速代表性最好，所以采用這三條垂線平均流速的平均值與斷面平均流速建立關(guān)系。即建立(V58+V68+V74)/3的部分面積流速與斷面平均流速的關(guān)系。其中V58、V68、V74 分別代表起點(diǎn)距為58m、68m、74m 的垂線平均流速。最后根據(jù)計(jì)算得到的流量與實(shí)測的流量對比進(jìn)行分析比較。

（三）斷面面積分析

在選用的實(shí)測資料中，斷面均為借用的當(dāng)年汛前或汛后測量的大斷面，由于月潭站所在河道斷面比較穩(wěn)定，沖淤變化非常小，所以在本次分析中的影響可忽略不計(jì)。

（四）流速分析

計(jì)算所選40 份實(shí)測流量資料中V58、V68、V74 三條垂線的平均流速，并分析其與斷面平均流速的關(guān)系。由圖可見，斷面平均流速與V58、V68、V74 三條垂線的部分面積流速關(guān)系穩(wěn)定，可以建立相關(guān)關(guān)系。經(jīng)分析，其相關(guān)系數(shù)為0.74。圖1 為部分面積流速乘相關(guān)系數(shù)0.74 后的相應(yīng)流速，與斷面流速基本吻合。

（五）流量分析

根據(jù)上述建立的流速相關(guān)系數(shù)，得出簡測法流量計(jì)算公式為：

Q=(V58+V68+V74)/3*0.74*A

式中：Q——斷面流量

V58——起點(diǎn)距為58m 的垂線平均流速

V68——起點(diǎn)距為68m 的垂線平均流速

V74——起點(diǎn)距為74m 的垂線平均流速

A——斷面面積

將利用簡測法計(jì)算得到的流量與實(shí)測流量資料進(jìn)行對比分析，詳見表1。

表1 月潭站流量分析誤差計(jì)算表

四、誤差分析

在40 份實(shí)測流量對比分析資料中，相對誤差小于±4%的共31 份，相對誤差小于±8%的共39 份。

用簡測法計(jì)算得到的流量Q 與實(shí)測流量QR 對比的相對誤差（Q-QR）/QR*100%，其誤差范圍在0%～9.76%之間。小于±4%的累計(jì)頻率為（31/40）*100%=77.5%，小于±8%的累計(jì)頻率為（39/40）*100%=97.5%。由分析結(jié)果可見，誤差結(jié)果符合水文測驗(yàn)規(guī)范以常測法資料作精簡分析的簡測法的誤差界限，同時(shí)也符合水文整編規(guī)范關(guān)于流速儀法中高水75%以上的點(diǎn)子與關(guān)系曲線的偏離相對誤差不超過±5%的誤差限度。

五、結(jié)論

利用簡測法施測中高水流量，適合洪水暴漲暴落、漂浮物多、威脅測驗(yàn)安全等情況，能夠大量增加測次，縮短測流歷時(shí)，提高安全性，既能提升工作效率、提高測驗(yàn)精度，又能滿足水文測驗(yàn)規(guī)范和水文資料整編規(guī)范的要求，是切實(shí)可行的方法。