水文流量测验水深测量误差

2020-03-07蒋国民仇东山刘铭济南市水文局

珠江水运 2020年1期

蒋国民仇东山刘铭济南市水文局

1.项目简述

机床二厂水文站是济南市兴济河上游关键控制站，建于2014年，集水面积67.4KM2,监测断面上下游河道规整，该站担负着在汛期对下游4KM处的腊山分洪工程提供分洪决策的水文监测数据，该站属于山洪季节性河流，河道来水主要集中在每年的7-9月份主汛期，每逢大雨，水势陡涨陡落，水位、流量变化较快，监测数据极易出现误差。

机床二厂水文站目前采用雷达水位计监测水位，电波流速仪人工测验流量。

机床二厂大断面图如图1。

测深、测速垂线分布起点距3、7、11、15、19、23、27 m 共计7条

该水站是兴济河上游的关键控制站，主要的作用就是水位、流量等部分的测定和报讯，给当地河流下游的防洪抗旱和水库合理的使用提供良好的基础条件。经过资料分析，水流量关系图存在着一定的偏差，导致了流量计算数据存在较大的偏差。

2.水道断面测量误差的来源及控制

水道断面测量数据偏差主要是由于测深垂线设置数目、水深数据和水面宽度等。

2.1 测深垂线布设

图1

根据数据误差传递角方面来分析，水深测量的偏差直接传递给水道面积，然后会影响流量。在断面平均速度达到规定的数据之下，面积所造成的误差会导致流量产生相同的误差。为了使得断面数据的精确度，就要通过使用较多的垂线来进行河床变化转折点的控制。从目前的水利工程标准规范中确定，在进行测深垂线数目的精简应该按照精密探测的数据资料来进行，精密测深的资料中垂线的布置应该不能少于精测中布置垂线的2倍。按照该标准的要求，该水站在2014年进行密测深误差试验。从资料的精简分析，精简之后所测深垂线数量相对平均差和相对标准差详见表1。

表1 测深垂线精简误差统计表

根据表1中的数据可以发现，面积测验精度会伴随着测深出现数量的增多而逐步提升，在水边到5条的情况下，相对标准差不超过2.0%；在垂线数量确定为7条是，相对误差不超过1.0%。经过试验分析可以发现，通过适当的增加测深垂线的数量，操作比较简单，能够从根本上提升面积测验数据的精确度。在该水文站中的流量数据测验过程中，通过测深和测速垂线的设置方式，确定该地区中的测深垂线数量在高、中、低水分分别应不少于5、7条，并且要保证其均匀分布到测量区域内，对于主槽来说，要比滩地布置密集。

2.2 水深测量

水深测量应用的是浮子式水位计监测来进行，导致该数据库出现偏差的主要原因就是浮子式水位计竖井前壅水以及竖井进水孔被杂物堵塞等，同时还与浮子式编码传感器、悬索的稳定性等有着直接的关系。为了能够保证测量数据精度，避免出现偏差的问题，2016年把浮子水位计改为雷达式水位计，按照规范标准操作。通过多次与直立水尺比测，基本能解决浮子式水位计所导致的误差问题，计算测深的相对标准差为1.4%，相对平均误差为0.24%。从这个方面发现，该水站的雷达式水位计完全达到要求。

2.3 水面宽测量

该水站中的水面宽度尺寸通过每年的大断面测量读取，误差主要是因为河道大断面淤积、河道整治产生的断面变化。为了能够避免误差问题的存在，该水站在每年的汛期之前进行大断面以及测深、测速垂线的的纠正，保证其布设和垂直度合格。为了充分的了解该水站的测宽面积所产生的误差数据，在2014年技术人员应用全站仪来进行大断面以及测流垂线的检测，总计对比分析了148条垂线，确定测宽随机不确定为2.0%，系统不确定度为0.12%。从这个方面发现，整个地区的的测速、测深垂线可以达到标准的要求。导致面积测量存在误差的原因除了上述几个方面之外，洪水期水位涨落过大、淤泥量大、测流时间等都是主要原因，所以需要合理的调整，以保证数据的精确度。

3.流速测验的误差来源及控制

3.1 测点流速误差

该水站中的常规测流速的历时一般为100s最为合理，特殊条件之下应该采用一点法进行测速，最好是选择0.6或0.5一点法，历时控制在80～30s之间，此时应该根据实际的测量需要来确定测速、测深垂线，以更好的减少测点流速对于测量误差所产生的影响。洪水期间内水位涨落比较大，通过增加测速历时来提升测量精度的方式是不可取的，因为这会导致测流历时的延长，进而导致水位通过近似计算法会导致流量数据存在过大的偏差。

3.2 垂线测点流速测验

从本站内的2014年所设置的3条5点法垂线资料分析，需要进行流速测点的精简处理。按照规范的要求，计算表1中的各种方法所获取的数据，总结出表2中的数据偏差。

根据上表2中的数据分析发现，该水站内应用三点法来进行测算数据精度最高，为了能够选择最佳的测速方案。其次是两点法，这两种测量方法的数据精度完全能够达到标准的要求；一点法中的测速偏差超出规范要求，不要选择该测量方法；一点法测速方式应用中，0.6一点法精度最高，其次是0.5一点法。在达到测流精度的基础之下，还应该选择使用经济性、实用效果，所以该水站在低水期或者水量调度时期中测点流速应该采用三点法来进行，应用的是0.6一点法完成测量。

3.3 浮子式水位计阻水对水位的影响

对于浮子式水位计阻水与悬杆入水对于流速所产生的较大影响，经过2016、2017年的大水试验，根据试验结果，通过浮子式水位计监测的水位受竖井阻水以及进水孔容易被杂物堵塞，使浮子水位计监测水位数据偏高，最大偏高0.30m以上，悬杆测流中的流速结果分析发现，因为悬杆入水结构部分的天然场干扰影响比较小，并且其偏差在1.0%以下，为了能够使得偏差有效的降低，对机床二厂监测断面采用高精度的雷达水位计，消除浮子式水位计由于壅水产生的水位偏差。