流量测验方法简化分析及应用<br/>——以沙里寨水文站为例

流量测验方法简化分析及应用
——以沙里寨水文站为例

2020-06-03程瑞修

黑龙江水利科技 2020年4期

程瑞修

(辽宁省丹东水文局，辽宁丹东 118000)

1 流量测验方法概述

1.1 常用方法分类

流量是指单位时间内通过河道某一横断面的水体体积。流量测验是掌控江河湖泊水量变化的重要手段，对于水资源规划、防洪减灾具有重要的意义。流量测验方法很多，按测量原理的不同主要分为流速面积法、水力学法、物理法、化学法。流速面积法是通过实测断面上的流速和过水断面面积来推求流量，如常用的流速仪法、比降面积法、浮标法等；水力学法是通过测量水工建筑物的水力因素，并将其代入相应水力学公式测算流量的一种方法；物理法是利用某种物理量在水中的变化来测定流速，并推算流量，如超声波法、电磁法等；化学法则是根据质量守恒定律，将一定浓度已知量的指示剂注入河水中，利用扩散稀释后的浓度与水流的流量成反比，测定水中指示剂的浓度推算流量。

1.2 流速仪法原理

流速仪法是水文站最常用的流量测验方法，其将河道断面划分为若干部分，测算出各部分断面的面积，并用流速仪测量、计算出各部分面积的平均流速，两者的乘积，即为部分流量，各部分流量的和为全断面的流量，即：

(1)

式中：Q代表河流流量，m3/s；qi代表第i部分流量，m3/s；Vi代表第i部分平均流速，m/s；Fi代表第i部分断面面积，m2。

实际工作中，首先根据河流情况在测流横断面布设若干条测速垂线，再沿各条垂线测定其起点距和水深，推算垂线间部分面积，最后在各条测速垂线上采用多点法测算垂线平均流速，最终求得全断面流量。

2 方法简化分析

2.1 测站概况

沙里寨水文站位于凤城市沙里寨镇蔡家村，E124°42′，N40°08′，集水面积为4810km2，距大洋河入河口43km。该站为大洋河下游干流站，通过监测大洋河的水量、沙量以及各种水文特征，分析暴雨径流、产汇流关系，为国家建设、水资源开发利用和保护、下游险区防汛提供决策依据，担负着向国家、省、市等防汛领导部门的水、雨、特殊水情等拍报任务。

2.2 流量测验存在的问题

沙里寨水文站属于山溪性河流，洪水暴涨暴落，洪峰历时短暂，水面漂浮物多。若按照河流流量测验规范规定，在正常流量测验中存在测流垂线多、测验时间长、漂浮物过多造成流速仪下放困难等问题。其中由于测流时间较长，测流开始水位与结束水位相差较大，平均水位的相应流量代表性较差，且最高水位的相应流量不易量测，易造成流量测验中误差较大。

中泓水面一点法可有效减少流量量测工作量，缩短测量时间，提高洪水报讯的时效性，在洪水流量测验方法简化中得到广泛的应用。在中泓水面一点法的应用过程中中泓水面系数推算是该方法的重要内容，中泓水面系数的准确性决定了流量测验的准确性，也是中泓水面一点法能否替代流速仪测流方法的决定因素[1]。

2.3 中泓水面系数推算

本次分析数据采用沙里寨水文站2018年洪峰过程，共28次实测流量成果。通过分析实测垂线流速图见图1，确定中泓垂线的起点距。通过对实测数据的分析，选择流速接近中泓流速的垂线分别与断面垂线平均流速建立相应关系，并对不同的水位分别进行分析，选择相应关系最好的垂线近似为中泓垂线。结果表明起点距180m的垂线水面流速为横坐标时(断面平均流速为纵坐标)，建立的相关关系最好见图2，因此筛选得到起点距180m的垂线作为中泓垂线

通过图2可知，两者的相关关系较好，相关系数为0.978，回归方程为y= 0.782x-0.066，因此推得中泓水面系数为0.782。

3 简化方法验证

为验证推算得到中泓水面系数在沙里寨水文站流量测定的准确性，用所得中泓水面系数对28次实测流量进行还原，并以流速仪实测流量为近似真值，与中泓水面系数重新计算流量比较，进行误差分析，计算结果如表1所示。

根据误差统计，因第1次流量起点距180m的垂线误差较大不参加误差统计，流量的相对误差不超过±3.0%的共23次，累积频率达到85%。不超过±5.0%的累积频率达到100%。根据《水文测验手册》中系统误差的确定方法：当各次流量的大小分布不十分均匀，相对系统误差并非等量存在重新计算流量中时，可分别算出各测次重新计算的流量误差，将各误差值由负到正、有小到大依次排列，统计其累积频率为50%的误差数值，即可视为系统误差。根据以上方法统计得到的系统误差为1.82%<2%，满足常测法误差界限，表明中泓水面一点法在沙里寨水文站的测量成果符合测验和报讯要求。