高洪期大兴镇水文站流量测验精简分析

王 欢，封一波，殷怀进

(江苏省水文水资源勘测局连云港分局，江苏 连云港 222004)

垂线精简分析是流量测验工作中一个重要环节，通过精简分析，制定比较合理的施测方案，在保证流量测验成果精度的前提下，可以减少测流的工作量，缩短测流历时，抢测洪峰，提高测报质量。遇到特殊水情时，可将其作为高洪测流的一个补充方案，在抢测洪峰流量时使用。

1 概况

新沭河是沭河重要支流，西起大官庄枢纽新沭河泄洪闸，向东流经大兴镇入江苏省石梁河水库，出库后东流至临洪河口入海。河道全长80km(含石梁河水库库区段15km)，区间流域面积2850km2，主要支流有牛腿沟、石门河、苍源河、穆疃河、蔷薇河、夏庄河、朱范河等。沂沭泗河洪水东调南下续建工程新沭河治理工程实施后，新沭河防洪标准为50年一遇，上段设计流量7590m3/s，中段设计流量6000m3/s，下段设计流量6000～6400m3/s。

大兴镇水文站位于淮河流域沭河水系新沭河上中游，流量测验断面横跨苏鲁两省交界，为石梁河水库上游干流入库控制站。主要为控制新沭河干流径流，积累资料，探求流域水文规律，为下游(主要为石梁河水库)防汛抗旱和水利工程调度等提供水文情报服务。测验项目有水位、流量、降水量、输沙率和水质，全年采用缆道流速仪测流。该站属山丘区雨洪特性，测站上游20km有大官庄节制闸节制上游来水，当该闸执行分沂入沭洪水分洪任务时，洪水水位变幅大，洪水含沙量大，洪峰量大，河道中漂浮物多。常测法受测流历时和测速垂线数限制，抢测洪峰特别困难。同时在高洪情况下，洪水中含沙量大，河道漂浮物多，使ADCP法等应急测流方案受限。因此，研究垂线精简等简便易行的方法显得尤为重要。

2 精简分析设计方案

2.1 划分流量级

根据大兴镇水文站多年的实测资料和GB 50179—93《河流流量测验规范》划分流量级。流量高于或等于1500m3/s时为高水期；流量低于1500m3/s，但高于或等于500m3/s为中水期；流量低于500m3/s为低水期。

2.2 资料选取

根据《水文测验学》规定:流速垂线精简分析应以高、中、低水位且均匀分布的不少于30份精测法实测流量资料进行精简分析。由于本站没有精测资料，因此选用常测法资料进行相关分析。

2014年，大兴镇水文站断面受施工影响，导致测验断面形式及面积发生变化；施工后断面形式保持一致，断面稳定。为使实测流速分析数据具有代表性，本次分析选用大兴镇水文站近3年来较大洪水的流量测次为基础资料。

2.3 误差控制指标

根据《水文测验与查勘》规定：选用常测法资料进行垂线精简分析时，当累积频率达75%以上的偶然误差不超过±4%，累积频率达95%以上的偶然误差不超过±8%，系统误差不超过±1%时，这些垂线、测点可作为简测法使用。根据SL 247—2012《水文资料整编规范》，河道站用流速定线精度指标，对于一类精度的河道站，取置信水平为95%的随机不确定度为8%。

2.4 工作步骤

垂线精简分析的关键在于合理的挑选出断面的代表测速垂线。因此，首先根据断面不同流量级的测流数据，绘制出测流断面垂线平均流速的横向分布曲线，掌握不同流量级下各条垂线流速的分布变化趋势(若各垂线的曲线线形大体一致，则只考虑通常的精简方案，若各垂线的曲线线形在不同流量级间曲线线形不一致，则需考虑适用于不同流量级的多个精简方案)。再通过观察垂线平均流速的横向分布曲线分布，选择不同流量级间各垂线平均流速比值较为稳定的垂线作为代表垂线。最后摘出代表垂线的平均流速与断面平均流速建立关系线，检验合格后，垂线精简完成。

3 精简分析应用实例

大兴镇水文站测验断面宽380m，上下游河道基本顺直，长度约1000m。断面处无分流岔流，中高洪水时，中泓偏左会出现水流左右摆动，流向不正；中泓偏右，流速流向稳定。根据断面形式，共布设9条测速垂线，分布位于起点距80.0、100、120、140、160、180、200、220、240m处。

选取2016—2018年洪水期30次实测流量资料，挑选不同流量级实测数据绘制垂线平均流速分布曲线，如图1所示。由图1可以看出，中低流量级下(1000m3/s以下)，各垂线平均流速的横向分布曲线线形基本一致。高流量级下，起点距180、200、220、240m垂线平均流速的横向分布曲线较稳定，基本保持一致；起点距80、100、120、140、160m垂线平均流速的横向分布曲线会出现交叉，不适合作为断面的代表垂线。因此，选择起点距180、200、220m处3条垂线(不同流量级下曲线线形基本一致)作为断面垂线精简分析的代表垂线。

图1 不同流量级断面垂线平均流速的横向分布曲线图

代表垂线流速选取考虑单个垂线、两组合垂线(2条垂线平均流速平均值)和3组合垂线(3条垂线平均流速平均值)3种情况进行分析。利用EXCEL进行拟线，显示回归方程式及R2，R2作为参考值进行比较选择，见表1。

表1 各组合垂线R2及回归方程式统计表

根据表1统计数据R2可知，序号1、4、5、7的相关关系较好，按规范要求对序号1、4、5、7关系曲线进行符号检验、适线检验、偏离系数检验及精度评定分析，计算过程略，具体成果见表2。

根据表2可以看出，序号1、2、4的随机不确定度大于规范规定的8%(一类水文站)，不满足要求；序号3的符号检验、适线检验、偏离系数检验及精度评定均满足规范的要求，可作为垂线精简的方案，分析结果科学、合理。

表2 关系线检验及评定成果表

4 结语

本文利用大兴镇水文站近3年30次实测流量资料，通过挑选不同流量级实测数据绘制垂线平均流速分布曲线选定代表流速垂线方案，利用EXCEL拟线中的R2作为参考值进行方案优选，可为其他有相似特性的水文站开展流量测验精简工作提供借鉴。本次垂线精简分析工作中仍有少许不足，高洪期实测流量资料仍偏少，为确保流量资料的连续性，在运用精简法测验的同时每年需开展一定次数的常规测验，特别要注意高洪期流量资料的收集，用以验证和完善本次垂线精简分析的成果。