界首水文站自動(dòng)流量比測(cè)分析

李旭東

(安徽省阜陽(yáng)水文水資源局，安徽 阜陽(yáng) 236000)

該站作為省界站，淮委水文局從2012年起就在嘗試開(kāi)展自動(dòng)流量系統(tǒng)建設(shè)工作。該站水位流量關(guān)系主要受上下游閘門(mén)啟閉影響，中低水位時(shí)上下游閘門(mén)啟閉頻繁，水位流量關(guān)系紊亂無(wú)規(guī)律；高水時(shí)，上下游閘門(mén)全部提出水面，水位流量關(guān)系主要受洪水漲落影響。目前常規(guī)采用實(shí)測(cè)流量過(guò)程線法進(jìn)行流量測(cè)次布置，年平均流量測(cè)次350次。本文主要探究該站的自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可用性和精度。

1 自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

能坡法流量測(cè)驗(yàn)方法是采用曼寧公式為基礎(chǔ)，建立斷面的垂線流速模型。二線能坡法自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在能坡法流量測(cè)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的創(chuàng)新，采用2臺(tái)坐底式的聲學(xué)多普勒流速儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)斷面中2條垂線的平均流速，從而獲得所需要的流量數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)比測(cè)分析

通過(guò)對(duì)界首站歷史實(shí)測(cè)流量垂線流速分布代表性等情況進(jìn)行分析，對(duì)二線能坡法自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，持續(xù)獲取流量數(shù)據(jù)。文章選用2018年度自動(dòng)流量數(shù)據(jù)與水文站實(shí)測(cè)和整編流量成果進(jìn)行單次、日、月、年流量分析。

2.1 流量數(shù)據(jù)處理

二線能坡自動(dòng)流量系統(tǒng)每5 min采集1組數(shù)據(jù)，2018年度數(shù)據(jù)量為99 211字組數(shù)，其中刪除了9處奇異值數(shù)據(jù)，并對(duì)剩余數(shù)據(jù)按照不影響特征值和日均流量的原則進(jìn)行了精簡(jiǎn)，處理后數(shù)據(jù)量為14 872字組數(shù)。采用精簡(jiǎn)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行日、月、年及特征流量整編。水文站全年實(shí)測(cè)流量364次，對(duì)實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)采用連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線法對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行整編。自動(dòng)流量過(guò)程線與水文站整編流量過(guò)程線如圖1所示。

圖1 自動(dòng)流量與水文站整編過(guò)程線對(duì)照

由圖1可看出：因水文站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏少，故其過(guò)程線在短時(shí)間內(nèi)的變化是較平穩(wěn)的，自動(dòng)流量數(shù)據(jù)比較豐富，其過(guò)程線顯示短時(shí)間內(nèi)有較大流量變化，但從全年整體來(lái)看自動(dòng)流量與水文站整編流量過(guò)程線變化趨勢(shì)是一致的。

2.2 數(shù)據(jù)對(duì)比分析

從逐次流量對(duì)照來(lái)看，本年底實(shí)測(cè)流量364次，其中有11次處于自動(dòng)流量故障期間，采用353次實(shí)測(cè)流量與自動(dòng)流量進(jìn)行對(duì)比分析，具體如表1所列。因水文站實(shí)測(cè)流量是利用流速面積法采用水文纜道流速儀進(jìn)行施測(cè)，施測(cè)需要一個(gè)時(shí)段，因此將這個(gè)時(shí)段中的自動(dòng)流量進(jìn)行平均與其對(duì)照，從對(duì)照結(jié)果來(lái)看，92.7%的測(cè)次差值在50%范圍內(nèi)，僅有25.8%的測(cè)次差值在5%范圍內(nèi)。

表1 自動(dòng)流量與實(shí)測(cè)流量對(duì)照表

逐日平均流量對(duì)照如表2所列，由表2可知，全年日流量差值在5%范圍內(nèi)天數(shù)占比23.6%，日流量差值在50%以?xún)?nèi)的占比95.7%，最大日流量相差為159%(10月5日)。

表2 逐日平均流量分析對(duì)照表

月、年、特征值流量對(duì)照如表3所列，平均流量中2月、11月、12月差值分別為15.3%、27.3%、20.9%，其余各月差值均在5%以?xún)?nèi)，年平均流量相差1.92%；最大流量中僅有10月、11月分別相差1.35%、3.77%，在5%以下；最小流量中自動(dòng)流量全年均為負(fù)值，但水文站整編成果中未出現(xiàn)負(fù)流量。

表3 月、年、特征值流量分析對(duì)照表 m3·s-1

根據(jù)2018年自動(dòng)流量與水文站實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)比測(cè)分析認(rèn)為，自動(dòng)流量整體流量變化趨勢(shì)是合理的，其月、年平均流量精度較高，當(dāng)水文站發(fā)生不可抗力無(wú)法進(jìn)行流量施測(cè)時(shí)也可借用該數(shù)據(jù)進(jìn)行整編。同時(shí)，水文站在進(jìn)行流量資料整編時(shí)，可參照借用自動(dòng)流量變化過(guò)程定線推流。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于水文站實(shí)測(cè)流量一般需要1h左右，過(guò)程中斷面流速變化無(wú)法掌握，而自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)設(shè)備船只對(duì)航行等影響較敏感，會(huì)短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較大流量變化，故在實(shí)測(cè)流量、極值瞬時(shí)流量控制上尚需進(jìn)一步開(kāi)展進(jìn)模型率定研究。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)與設(shè)備廠家聯(lián)系，繼續(xù)鞏固自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。