射阳河闸(闸上游)水文站流量间测可行性分析

查 红，黄宏家，余乃旺，孙成林，陈 刚

(江苏省水文水资源勘测局盐城分局，江苏 盐城 224051)

间测是指“水文测站资料经分析证明水文要素如水位流量间历年关系稳定或其变化在允许误差范围内，对其中一要素如流量停测一段时期后，再行施测的测停相间的测验方式[1]”，是一种经济高效的测验方式，可节约水文测验在人力、物力、管理等方面的投入。

2016年3月，江苏省水文水资源勘测局在前期组织召开全省测报方式改革逐站方案审核会经充分交流讨论的基础上，提出全省150个国家基本水文站(流量站)逐站流量监测实施方案，包括间测分析及建立关系、流量精简、水位落差法、比降面积自动测流、水动力学模型、超声波时差法、雷达波在线测流、自动测流缆道、H-ADCP、V-ADCP、能坡法、过水堰、闸位计(功率计、流量计)等13种类型，其中拟计划通过间测分析实行间测的有51个基本站。因此，对水文站多年流量测验成果资料进行综合分析，对符合间测条件的站实行间测[2-5]，优化水文测验方案，对推进水文测报方式改革，促进水文部门优质高效地服务于经济社会发展具有重要意义。

江苏省近七成的水文站属闸坝类，本文以射阳河闸(闸上游)站为例，介绍流量间测可行性分析技术方法及成果，可为闸坝类水文站流量间测分析提供参考。

1 测站概况

射阳河西起扬州市宝应县射阳湖，流经盐城市境内建湖、阜宁、滨海、射阳4县，至射阳县海通镇以东入海，全长约198 km，流域面积4 036 km2。为挡潮、御卤、蓄淡、抗旱、排洪，1956年5月在射阳河下游沿海建成综合型大型涵闸，同期为控制掌握射阳河入海水量，为里下河地区防洪调度提供水文情报设立射阳河闸水文站，测验项目有闸上水位、闸下潮位、流量、降雨量、蒸发量、地下水位(温)等，为国家重要水文站和中央报汛站。

该站建有降蒸观测场1座，场内布设有标准雨量器、虹吸式自记雨量计、遥测雨量计、蒸发皿等降水量、蒸发量观测设备；闸上游、闸下设有直立式水尺、自记水位计、遥测水位计等水位观测设备；建站以来流量测验一直采用水文缆车桥测方法。

该站测验河段顺直，高水时无岔流、串沟，河床及河岸均为砂土，冲淤变化甚微。主流基本稳定，偶因闸门开启位置不同而略有摆动。射阳河闸共35孔，闸孔总净宽350 m, 正常水深大于4.0 m，全潮流量测验每隔0.5～1.0 h施测1次，1次全潮平均施测6～7次，为满足定线推流精度要求，全年需测流20潮次左右，测流任务繁重。

该站实测最大流量2 560 m3/s(1956年6月12日)，最大年径流量76.07亿m3(1965年)，最小年径流量10.90亿m3(1978年)。2003—2017年平均年径流量为49.24亿m3，其中7—10月累计径流量为25.67亿m3，占全年总量52.1%。

2 一潮推流法综合关系分析

近20年以来，射阳河闸排水出流形态均为淹没式堰流，采用“一潮推流法”定线推流。每年以Th1.5ΔZ0.5为相关因素与一潮排水量W建立相关关系，定线并拟配公式推算逐潮水量；以一潮平均流量Q为相关因素与一潮最大流量Qm建立相关关系，定线并拟配公式推算逐潮最大流量。由于地处沿海受涵闸、潮汐和冲淤变化影响，该站水力因素与水量(流量)相关关系按三类精度水文站要求控制。

2.1 一潮排水量综合关系

选取射阳河闸(闸上游)站2011—2017年连续7年共112潮次的实测潮量成果资料，建立Th1.5ΔZ0.5-W综合关系，定线并拟配公式，综合关系线数学表达式为

W=92.64(Th1.5ΔZ0.5)1.042

(1)

式中：W为一潮排水量，104m3；T为一潮开闸历时，104s；h为闸上游平均水头，m；ΔZ为闸上游稳定高水位与稳定低水位之差，m。

综合线3种检验及精度：偏离±10%以内测次有94次，占总测次的83.9%；偏离±15%以内的有110次，占总测次的98.2%；正号点54个，负号点57个，线上点1个，符号变换52次；系统误差P=0.3%，标准差Se=7.1%，随机不确定度为14.2%。符号检验：U=0.19<1.15，定线合理；适线检验：U=0.57<1.28，定线合理；偏离数值检验：|t|=0.45<1.67，定线合理。Th1.5ΔZ0.5-W综合关系线见图1。

图1 射阳河闸(闸上游)站一潮排水量综合关系线

2.2 一潮最大流量综合关系

资料仍选用2011—2017年连续7年共112潮次的实测潮量成果资料，建立Q-Qm综合关系，定线并拟配公式，综合关系线数学表达式为

Qm= 3.036Q0.880

(2)

式中：Qm为一潮最大流量，m3/s；Q为一潮平均流量，m3/s。

综合线3种检验及精度：偏离±10%以内测次有105次，占总测次的93.8%；偏离±15%以内的有111次，占总测次的99.1%；正号点56个，负号点55个，线上点1个，符号变换52次；系统误差P=0.3%，标准差Se=5.7%，随机不确定度为11.4。符号检验：U=0.00<1.15，定线合理；适线检验：U=0.57<1.28，定线合理；偏离数值检验：|t|=0.56<1.67，定线合理。

Q～Qm综合关系线见图2。

3 关系线之间偏离误差分析

关系线之间偏离误差分析包括相邻年份关系线之间和每年关系线与综合线之间偏离误差分析。

各独立年份关系线因受当年水情限制实测关系点据不可能覆盖历史洪水或枯水水情，这就对当年关系线延长走向的确定带来困难，对照历年出现偏离在所难免，故在分析关系线之间误差时需对高、低水偏离较大年份关系线参照大水年和枯水年测次点据进行修正，并且保证修正后的线仍能满足定线精度要求。2011—2017年射阳河闸(闸上游)站一潮排水量及最大流量各年份相关关系及修正关系公式成果见表1。

表1 射阳河闸(闸上游)站2011—2017年各年一潮排水量和最大流量关系公式

根据《水文巡测规范》，相邻年份关系线之间、每年的关系线与综合关系线之间的偏离误差分高、中、低水进行分析。该站一潮排水量相关因素有T、h、ΔZ三要素合成(Th1.5ΔZ0.5)按常规方法分析高、中、低水不合测站实际，拟以2003—2017年(包含2003、2006、2007年大水年)间一潮排水量相关因素(Th1.5ΔZ0.5)最大值36.9为变幅，取变幅的7/8、1/2、1/8值分别作为相关因素高、中、低水的代表值；一潮最大流量相关因素为一潮平均流量Q，以此多年最大值1 069 m3/s为变幅, 取变幅的7/8、1/2、1/8值分别作为相关因素高、中、低水的代表值。将高、中、低水相关因素代表值分别代入各年关系线和综合关系线公式，计算相邻年份关系之间和每年关系线与综合关系线之间偏离误差，计算成果见表2、表3。

表2 射阳河闸(闸上游)站一潮排水量关系线之间偏离相对误差计算成果

表3 射阳河闸(闸上游)站一潮最大流量关系线之间偏离相对误差计算成果

表2、表3统计表明，2011—2017年射阳河闸(闸上游)站一潮排水量当年关系线与综合关系线、各相邻年份关系线间的最大偏离相对误差高、中、低水分别为6.9%、4.4%、13.7%，一潮最大流量当年关系线与综合关系线、各相邻年份关系线间的最大偏离相对误差高、中、低水分别为7.1%、3.1%、14.9%。

4 综合关系线相关因素控制率分析

盐城境内通榆河2002年10月全线贯通，对里下河“四大港”排水分配产生明显影响，故选用这一工情重大变化之后的2003年、2006年、2007年3个洪水年射阳河闸(闸上游)站一潮排水量和最大流量相关因素极值对两条综合关系线相关因素控制率进行分析计算，详见表4。计算结果表明，射阳河闸(闸上游)站一潮排水量综合关系线实测相关因素(Th1.5ΔZ0.5)值变幅占历年变幅84.6%(不包括通闸潮次)；一潮最大流量综合关系线实测相关因素(Q)值变幅占历年变幅83.0%。

表4 射阳河闸(闸上游)站综合关系线控制率计算成果

5 间测可行性分析

根据《水文巡测规范》(SL195―2015)中测站实行间测的条件规定，以及上文分析成果，从采用资料、相关因素控制率、关系线之间偏离误差、关系线三种检验、定线精度等5个方面对射阳河闸(闸上游)站是否具备流量间测条件进行符合性分析，详见表5。

表5表明，对射阳河闸(闸上游)站流量实行间测是可行的。

表5 射阳河闸(闸上游)站流量间测符合性分析

(续表5)

6 间测方案

根据《水文巡测规范》规定“每年的水位流量关系曲线(或单值化线)与历年综合关系曲线之间的最大偏离不超过规定的允许误差范围者，可实行停2～5年测1年”，结合射阳河闸水情、工情实际，拟实行停4年校测1年(逢0、5年份校测)，遇大洪、大旱特殊水情、连续通闸工情恢复正常测流测验方案。停测年份实行检测，每年的检测不少于 3 次，测次宜分布于高、中、低各级水位，并采用较高精度的测验方案。

7 结 语

本文选用射阳河闸(闸上游)站2003—2017年连续15年(含丰、枯年型)实测流量及定线、推流等成果资料，在对测站历史定线成果进行合理修正的基础上，对该站水力因素与一潮排水量、一潮平均流量与一潮最大流量关系进行综合分析，依据新修订的《水文巡测规范》对该站流量实行间测的可行性进行逐条逐项分析。高、中、低水位级及实测流量的水位变幅控制率本文采用测站水量、流量关系线的相关因素进行分析，尽可能做到切合测站实际，方法科学合理。