马甸港闸水文站水位流量关系分析

房照娟， 曹小伟， 张彩云， 刘国钧

(江苏省水文水资源勘测局泰州分局， 江苏 泰州 225300)

1 概 况

古马干河是横贯高沙土区中部的主要引、排、航骨干河道，也是一条跨县(市)的骨干河道，全长42.5 km。西起高港区永安洲江口，东至泰兴与海安界沟。多年来有一定的淤积，1998—1999年对其进行了疏浚整治，恢复了河道原设计标准，河势基本稳定，水位涨落受马甸港闸闸门控制。

马甸港闸是泰兴及通南地区长江防洪屏障的重要组成部分，1958年建成，2002年10月完成大修加固。该闸为5孔中型节制闸，每孔净宽7.0 m，3级水工建筑物，设计引水流量180 m3/s、排水流量110 m3/s，闸顶高程8.0 m，闸底高程-0.33 m。

马甸港闸水文站是古马干河入江的唯一流量控制站，属长江感潮闸坝站，它承担着为工农业生产、防汛防旱、工程管理、规划设计、水文预报、水资源评价、水环境调水等提供水文基本信息[1]。该站闸上游水尺断面距闸45 m，闸下游水尺断面距闸266 m，测流断面距闸266 m。

2 流量测验及历年流量定线方法

2.1 流量测验

马甸港闸水文站自设站以来，流量测验采用电动水文缆道测流[2]。流速在断面上具有良好的分布规律，单断关系相对稳定，在潮流量测验中，流量测验以简测法为主，常测法测验一般为一潮1～2次。垂线流速采用二点法施测，长江感潮河段，流速变化快，单个测点测速历时不低于60 s[3]。根据测站任务书要求，该站报汛与资料整编成果要求为日(旬、月)潮次引排水量，不对瞬时流量值有要求。

2.2 历年流量定线方法

马甸港闸水文站引排水量均采用一潮推流法定线整编。相关因子取用该站闸上游开闸时稳定水头和引排水过程中有效波高，一潮引水平均流量、一潮引水最大流量、一潮排水最大流量、一潮排水水量公式分别为

(1)

Qm=K(ΔZ·hu)n

(2)

Qm=KQp

(3)

W=K(T·ΔZ·hu)n

(4)

其中，系数、指数采用逐步图解法确定，也可借助电脑按线型自动生成。

该站所用引水的水位-流量关系为2015—2019年合并定线，关系公式及定线精度[4]见表1，关系图见图1、图2；排水的水位-流量关系为2015—2019年合并定线，关系公式及定线精度见表2，关系图见图3、图4。

表1 2015—2019年(引水)水位-流量关系合并定线情况

表2 2015—2019年(排水)水位-流量关系合并定线情况

图1 马甸港闸站2015—2019年一潮引水Qp-ΔZhu关系

图2 马甸港闸站2015—2019年一潮引水Qm-ΔZhu关系

图3 马甸港闸站2015—2019年一潮排水水量关系

图4 马甸港闸站2015—2019年一潮排水最大流量关系

3 综合定线分析与检验

3.1 综合定线分析

从历年校测检验情况看，水位-流量关系均未发生显著变化，各年测点来自同一个总体样本，可进行综合定线。根据《水文测验整编规范》(SL247—2012)，综合定线采用2015—2019年全部5年实测引水流量资料，引水共计59测次、排水共计60测次。

通过对2015—2019年实测流量资料分析、定线，引水一潮平均流量及最大流量水位-流量关系线公式、排水一潮水量及最大流量-平均流量关系线公式为

(5)

Qm=148.9(ΔZ·hu)0.80

(6)

W=15.4(T·ΔZ0.5·hu1.5)1.25

(7)

Qm=2.06Qp0.924

(8)

3.2 综合线精度

(1)引水一潮平均流量线精度

测点相对误差在不大于±10%以内占测点总数的79.7%，在不大于±15%以内占测点总数的93.2%，在不大于±20%以内占测点总数的98.3%，在不大于±30%以内占测点总数的100%，最大相对误差为-27.2%，测点标准差Se=8.7%。

(2)引水一潮最大流量线精度

测点相对误差在不大于±10%以内占测点总数的86.4%，在不大于±15%以内占测点总数的98.3%，在不大于±20%以内占测点总数的100%，最大相对误差18.8%，测点标准差Se=6.8%。

(3)排水一潮最大流量线精度

测点相对误差在不大于±10%以内占测点总数的95%，在不大于±15%以内占测点总数的96.7%，在不大于±20%以内占测点总数的100%，最大相对误差为-16.8%，测点标准差Se=6.1%。

(4)排水一潮水量线精度

测点相对误差在不大于±10%以内占测点总数的70%，在不大于±15%以内占测点总数的93.3%，在不大于±20%以内占测点总数的98.3%，在不大于±25%以内占测点总数的100%，最大相对误差为21.9%，测点标准差Se=9.2%。

测点标准差成果见表3。

表3 测点标准差成果表

3.3 检验分析

根据《水文资料整编规范》(SL247—2012)，对一潮引水平均流量、最大流量及一潮排水最大流量、排水一潮水量的综合水位-流量关系线进行符号检验、适线检验和偏离检验。

(1)符号检验

通过计算，马甸港闸水文站水位-流量关系线均通过符号检验。详情见表4。

(2)适线检验

通过计算，马甸港闸水文站水位-流量关系线均通过适线检验。详情见表5。

(3)偏离检验

通过计算，马甸港闸水位站流量关系线均通过偏离检验。详情见表6。

综上分析，马甸港闸水文站一潮引水平均流量、最大流量及一潮排水最大流量、排水一潮水量的综合水位-流量关系线均通过三项检验，符合定线要求。

4 结 语

通过对马甸港闸水文站2015—2019年水位流量关系曲线分析，综合定线能够满足引排水流量(水量)的推求，但是仅限于正常堰流情况下推流，不适用于孔流情况下引排水的推流，对于工程运行中偶尔出现的孔流引排水流量(水量)，必须根据实测资料进行分析定线，在分析无果时直接采用实测资料进行资料整编。

马甸港闸正常引水、排水水位-流量关系分析成果具有系列较长、测次多、代表性好、精度高的特点，能够准确推算出正常引水、排水条件下一潮水量、平均流量和最大流量。通过对马甸港闸正常引水、排水5年资料综合研究表明：在古马干河、马甸港闸工情已稳定的情况下，该站可实行间测、校测代替常年施测。与马甸港闸工况相似的闸站，也可以在进行水位-流量关系分析的基础上，实行间测、校测代替常年施测。

表4 水位-流量关系曲线符号检验成果

表5 水位-流量关系曲线适线检验成果

表6 水位-流量关系曲线偏离检验成果