水情自动测报系统水位站流量测验的方案分析

摘 要：在本文中，笔者主要全面分析了龙江水情自动测报系统白伟水位站流量测验的方案，以供类似工程参考。

关键词：自动测报；白伟水位站；流量测验

中图分类号：P332 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0156-02

1 项目概况

1.1 龙江水情自动测报系统建设简介

龙江水情自动测报系统已于2007年进行遥测站安装施工及组网，并于2008年7月通过系统试运行验收，系统投入正式运行阶段。龙江水情自动测报系统在原有系统的基础上，对站网进行重新合理规划，对留用的旧站点进行改造，并新增部分站点。

1.2 龙江水情自动测报系统需要进一步完善的问题

龙江水情自动测报系统新增的水位站，目前已经完成合作水位站流量水位关系测验，长美水位站水位流量关系曲线测验已经获得初步成果，需等待条件成熟补测高水位流量水位关系，白伟水位站设站后，现无详尽的历史实测洪水资料，目前仅能提供实时的水位资料，无法提供相应水位的实测流量数据，对龙江水情自动测报系统对雨水情预报准确性，特别是对洛东水电站的发电调度和防洪调度产生直接影响。为了能更好指导生产，增加发电效益，有必要对新建水位站点实施流量测验，获取对应水位站的水位流量关系曲线。

1.3 流域概况

龙江是柳江的主要支流之一，龙江干流全长390km，河道狭窄，广西境内的干流平均比降为1.03‰。龙江流域地处南亚热带至中亚热带季风气候区，四季分明，多雨湿润，雨量充沛，年平均降雨量1516mm，一般春夏多雨秋冬少雨，全年降雨量的68.2%集中在4～8月。由于深受季风环流的影响，降水量在年际间分配很不均匀，丰水年降雨量均值达1994.5mm，枯水年降雨量均值为1102.7mm，年变幅为891.8mm，；降雨在季节上分配不均匀，降雨量多集中在汛期，一般4～8月份降雨量平均值为1020～1350mm，占全年降雨量的75～80%，年内变化大。

1.4 白伟水位站测流断面地形、地貌概况

白伟水位站位于宜州市祥贝乡白伟村白伟水电站站址，采用垂直钢管安装结合浮子式水位计量测水位。2012年9月3日～5日，由宜州水电厂生技部组织，会同广西水电科学研究院对白伟水位站流量测验断面进行实地踏勘选址。经过多个河段进行比较，初步选定白伟村漫水桥下游约100m年处河道断面作为白伟水位站测流断面的拟选断面。该断面附近的河道地形地貌详见图1。

1.5 项目主要工作内容

项目主要工作内容包括流量测验前期准备、流量测验前期准备、编制流量详细测验实施方案、洪水期流量驻测、枯水期流量巡测和流量测验数据整理、分析、定线、报告等。

1.6 项目工作时段

采用“第一年洪水期驻测”+“第一年枯水期巡测”+“第二年洪水期”补测的时段组合。即现场流量测验时间从2013年5月开始，到2014年9月30日止。2013年汛期驻测、2014年汛期流量补测。

1.7 项目实施方案编制依据

龙江水情自动测报系统验收会议纪要（2008年7月）；《河道流量测验规范》（GB50179-93）；《声学多普勒流量测验规范》（SL337-2006）；《水位观测标准》（GBJ138-90）；《水文巡测规范》（SL195-97）；《水文资料整编规范》（SL247-1999）。

2 流量测验前准备

2.1 基本情况调查

调查的基本情况包括东小江的水文特征和测站特性、水位流量关系形式、白伟水位站与长美水位站的站间在不同时期，不同水文情势下的相互关系及测验线路调查等。

2.2 测流设备及测验方法的选择

2.2.1 拟采用的主要测流设备

拟采用的同步水位测验设备：采用长美水位站及合作水位站已建站点的遥测水位计采集，并采用无线传输实时水位数据。根据实际需要，可在白伟流量测验断面另设一比对引测简易水位尺，以指导现场施测流量参考。

流量测验设备：拟采用ADCP进行流量测验，采用的ADCP流量测验设备的主要参数详见表1。

2.2.2 测验方法论证及选择

依據如下条件进行测验方法论证：测站控制条件及其转移、水位流量关系线的变化规律与处理方法、可能达到的测验精度与巡测允许误差的关系、现有交通、通讯条件、测验仪器设备状况、测验方法、路线和测验时机的分析选择。

白伟水位站测验条件有白伟水位站位于河段的中下游，控制面积适中、水位站站址至测流断面间河道自然坡降大，区间无明显汇流、与长美站站址间有二级公路相连及通讯便利等。

2.2.3 测验方法选择

第一个洪水期驻测为主，第一个枯水期及第二个洪水期以补测为主，灵活结合巡测，其中第一个洪水期的5、6、7、8月份为洪水多发期，采用驻测方案。9月份巡测为主，遇有洪水采用驻测。

第一个枯水期的10、11月份枯水期以巡测为主，遇有洪水过程采用驻测方案。

第二个洪水期采用巡测方案，对第一个洪水期的测验成果进行复核校验及插补测点，同时尽可能捕捉大洪水对应的水位流量关系。

根据测站的实际地形、设备配置条件，拟采用桥上测流、缆道牵引ADCP走航施测、第一个洪水期主汛期驻测、其他时段巡测相结合的测流方法。枯水期断面水深小于0.7m时，可迁移至无外水汇入和内水分出的临时断面进行测验。

2.3 测验河段选择和测验断面设立

2.3.1 测验河段选择

依据《河道流量测验规范》（GB50179-93）规定，选择水位站处或其下游附近的河道顺直、水流集中无汇流的控制河段作为测流河段，该河段最好是具备流态平顺，无分流、岔流、斜流、回流、死水等现象。根据现场河段选址踏勘比较，初步选定白伟村漫水桥下游约100m处河段做为白伟水位站流量测验测流断面。

2.3.2 测流断面布设

测流断面布设蛀牙包括辅助测流设施布设、高程几点布设和水尺断面布设。

3 走航式ADCP流量测验

3.1 流量测验前检查

根据断面河床、水流、泥沙特性和测船，准备必要的外接设备，对走航式ADCP进行安装使用前预检查，根据接收到的实时水雨情信息，初步拟定走航式ADCP的操作参数。

3.2 走航式ADCP流量测验方案部署

3.2.1 测验次数

白伟水位站预计最大水位变幅约7m，据此初步拟定白伟水位站流量需测验15～25测次，不小于规范规定的15测次，也便于提高水位流量关系定线精度。

3.2.2 单次流量测验方案选择

（1）按高、中、低水，汛期与枯水期，涨、落水面进行按驻测和巡测结合进行综合施测。

（2）第一个汛期高、中水期，采用驻测方案，量测洪水涨落过程。

（3）汛期及枯水期的中低低水期，采用巡测方案，施测其流量水位关系单值。

3.2.3 单次流量测流方案精度控制

白伟水位站按湿润地区二类精度水文站控制其测验精度，采用走舫式ADCP测流时，其单次流量测验精度参照《河流流量测验规范》（GB50179-93）中的流速仪法的单次流量允许误差进行控制。

3.3 走航式ADCP流量测验

施测时，测船沿预定断面航行，船艏不应有大幅度摆动。流量相对稳定时进行两个测回断面流量测量，取均值作为实测流量值。测量时，测船从断面下游驶入断面，在接近起点位置时，航行速度沿断面保持正常速度，直至终点。每半测回测量，记录航次、横渡方向、左/右水边距离、原始数据文件名等信息。精确测量记录换能器的入水深度，选择合适的外推方法（常数或指数方法等），估算上、下盲区流量。精确测量测船距两岸岸边的距离，以便精确估算岸边测量盲区流量。在测验结束后需及时对测验情况及结果进行评价。

3.4 流量计算

3.4.1 实测区（中层）流速、流量

3.4.3 表层流速、流量计算

表层流速由于ADCP换能器必须浸入水中一定深度，系统不能直接测出表层盲区的流速，一般由系统采用指数流速分布公式来推求，表层平均流速可由下式推出：

4 流量测验工作过程及成果

①1月份完成了流域水文、历史洪水调研，水位站点特性调研、相关水文资料调研。②2、3月份，进行了流量测验河段勘察，选择流量测验断面、流量测验断面地形测量，水准基点接测，基本水尺布设，缆道设备采购加工，流量测验用缆线架设，ADCP测流系统检查调试及流量测验预演操作。4月15日前已具备流量测验条件。③4月15日后，安排ADCP测流设备进场，开始现场流量测验。④第一个洪水期主汛期（为5、6、7、8月份）流量测验驻测，非主汛期（9月份）巡测。⑤第一个洪水期结束后提交了洪水期流量测验中间成果。⑥第一个枯水期（10、11月份）流量测验驻测。⑦第一个枯水期（12、1、2、3、4月份）流量测验巡测。⑧第一个枯水期结束后得出了枯水期流量测验中间成果。⑨第二个洪水期主汛期（5、6、7、8月）流量测验驻测。⑩第二个洪水期末，ADCP流量测验设备退场，拆除测流缆道，第二個洪水期巡测结束后三个月内，完成最终流量测验成果。

最后，获得了准确的白伟站相应的实测流量数据，获得白伟站的流量关系曲线。提高了龙江水情测报系统对雨量预报的准确度，为龙江流域水电站的发电调度和防洪调度发挥了重大的作用。

收稿日期：2018-6-24

作者简介：黄文丰（1968-），男，电力工程师，本科，主要从事水电厂生产技术管理方面的工作。