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落差指数法软在线技术在临淮岗站应用的可行性分析

2022-02-18马占国

治淮 2022年1期
关键词:控制工程断面水位

马占国

一、引言

水位流量关系不稳定,不能建立单一的水位流量关系线,为了满足河道对径流量计算需要,必须用大量的实测流量进行流量过程控制,既增加了测流工作量,也影响了水文测报服务于防汛、抗旱工作的效率。因此,需要根据测验河段的河流特性,探寻能够使断面流量关系单一的相关因素,建立流量的单值化曲线。本文探讨落差指数法软在线技术,在临淮岗站应用的可行性。

二、临淮岗站概况

临淮岗站位于安徽省霍邱县临淮岗乡临闸村,2005年1月设站,流域面积为40410km2,是淮河干流中游3000~5000km2以上大河控制站。该站断面控制良好,测验河段顺直,泥沙河床,左右岸均为浆砌石护坡,上游390m 处为临淮岗枢纽控制工程。该控制工程有12 孔深孔闸,测验断面左侧为49 孔浅孔闸,右侧为淮河船闸和沿岗河船闸;中高水断面宽约2km,中低水时开启深孔闸,中高水时深、浅孔闸闸门全开。汛期受下游颍河、淠河洪水顶托,回水影响较为严重。闸下水位流量关系主要受闸门启闭因素及上、下游水位影响,大部分时间流态为淹没式孔流,中高水时发生淹没式堰流。

三、资料的选取

(一)实测资料情况

2020年淮河发生特大洪水,这是临淮岗站自建站以来发生的最大洪水,选取本年度洪水期实测水位、流量资料,进行单值化分析,具有较高的代表性。据此,选取2020年6—8月的实测流量(85 次)及相应的水位资料,探讨实施落差指数法定线的可行性;同时选择本站2021年7—9月的67 次实测流量成果,对构建的落差指数关系曲线进行验证性分析;选取润河集站基本水位断面作为辅助水尺断面,据以推求河段的相应落差△Z。

(二)临淮岗站的水位流量关系

由于临淮岗站受到下游颍河、淠河洪水顶托形成的回水影响较为严重;同时还受到临淮岗枢纽控制工程闸门启闭等因素的影响,致使该站的水位流量关系散乱,无法形成单一的水位流量关系。

四、临淮岗站实施落差指数法分析

(一)辅助水尺断面的选择

润河集站位于安徽省霍邱县王截流乡陈郢村,测站断面控制良好,测验河段顺直,泥沙河床,下游与临淮岗站相距约28km,受临淮岗枢纽控制工程闸门启闭产生的变动回水影响明显。两站水位的相关性较好。因此选择润河集站基本水尺断面,作为临淮岗站落差指数法定线的辅助站具有可行性。

(二)临淮岗站落差指数关系的建立

首先假定同水位不同落差的流量符合式:

式中:

Q1、Q2—同水位不同落差的流量,m3/s;

△Z1、△Z2—为Q1、Q2时的相应落差,m;

β—落差指数;

q—流量与落差β 次方之比(也称校正因数)。

其次,优选落差指数β 值,其变化范围为0.2~0.8,在此区间采取优选法,定出Z~q 关系曲线,通过适线检验、符号检验及反曲检查,选择不确定度最小值β 作为最优落差指数。

其三,根据优选的β 值拟定Z~q 关系曲线,按单一线精度进行检验,当通过三项检验后,即可作为推求流量的曲线。

其四,根据润河集站的水位,计算落差值(△Z)及优选的β 值,用临淮岗站水位推求q 值与△Zβ的乘积见式(1),即为推求的流量,如图1。

图1 临淮岗站落差指数关系曲线图(△Z:润河集-临下n=0.5)

(三)临淮岗站Z~q 关系曲线分析

根据水利部《水文资料整编规范》(SL247-2015)及《安徽省水文资料整编补充规定》(2015年),水位流量资料定线的规定:“受变动回水影响,但是,河段顺直,河槽基本稳定,落差具有代表性的河流断面,可进行落差指数法定线推流。”

本次参与定线的实测流量有85 次,其中有3 个高水测点和3 个中低水测点偏离超过10%,出现的时间为2020年的6月25—28日浅孔闸全部关闭时期,以及7月20—23日姜唐湖蓄洪期。由于临淮岗枢纽控制工程浅孔闸全关,姜唐湖蓄洪,都会造成润河集与临淮岗站落差关系短时间的急剧改变,从而影响落差指数关系线推求流量的准确性。随着水流状态的稳定,落差关系会很快得到修复,工情变化及姜唐湖蓄洪对落差指数关系影响是有限的。通过对Z~q 关系线突出点的分析,消除了不稳定状态的影响。从三项检验成果得到,选择润河集基本水尺断面作为辅助断面,建立的临淮岗站落差指数关系是可靠的,能够满足正常年份及排除浅孔闸全部关闭时期的在线推流需要,见表1。

表1 三项检验成果表

(四)临淮岗站软在线流量成果的误差分析

为了直观地说明临淮岗站落差指数关系的可靠性,绘制了临淮岗站软在线流量与实测流量成果的误差分布图,如图2。从图中可知,除了临淮岗枢纽控制工程浅孔闸关闭及姜唐湖蓄洪时期,出现软在线流量与实测流量对比误差超过10%以外,其他点群密集成带状分布,误差均小于±10%,经过计算得到随机不确定度为7.38%,小于《水文资料整编规范》对一类精度水文站采用水力因素法定线精度10%标准。因此用落差指数法构建临淮岗站流量软在线平台,在技术上是可行的。基于此,可以实现对临淮岗站断面流量的实时准确体现。

图2 临淮岗软在线成果误差分布图

五、临淮岗站实现流量软在线的可行性分析

经过对临淮岗测站特性的分析,建立以润河集基本水尺断面为辅助断面的落差指数单值化关系曲线,需要经过实践的检验。为了验证该落差指数关系的可靠性,将临淮岗站2021年汛期的实测流量与软在线流量成果进行对比,如图3。从拟合的软在线流量与实测流量过程线可以看到,实测流量过程线与软在线流量过程线吻合度极高,而且流量过程与水位变化趋势保持一致,进一步说明软在线流量可以实现对断面实时流量过程的准确反应。

图3 2021年临淮岗站实测流量与软在线成果对比图(△Z:润-临下n=0.5)

六、结语

经过对临淮岗站河流特性的分析,选择润河集站基本水尺断面作为辅助断面,率定了落差指数关系曲线,经过检验,符合规范要求;用软在线流量与实测流量的对比结果,验证了以落差指数关系为基础的软在线流量,可以准确反应临淮岗站的流量变化,因此,在临淮岗站实施落差指数法软在线,在技术上是可行的■

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