界首水文站测速垂线精简分析

崔游璐

摘 要：本文以2020年1—3月界首水文站缆道流速仪法实测流量数据为依据，精简位于主航道中心（即起点距95.0 m）处测速垂线，保留其测深垂线，重新计算断面流量，建立精简测速垂线前后两组流量数据之间的相关关系，对两组数据进行误差分析，确定其可行性。经计算分析，精简测速垂线前后断面流量关系良好，各项计算指标均在允许范围，界首水文站可以精简位于主航道中心（即起点距95.0 m）处测速垂线，保留其测深垂线，实施断面流量测验。

关键词：精简分析;测速垂线;流量

中图分类号：P332.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）20-0084-05

Abstract： In this paper， based on the measured discharge by the cableway current meter method at Jieshou Hydrological Station from January to March in 2020， the vertical line of velocity measurement could be simplified at the center of the main channel （the starting point distance is 95.0 m）， and the section flow was recalculated by retaining the depth measurement vertical line， the correlation between the two groups of flow data before and after the simplified of vertical line of velocity measurement was established， and the errors of the two sets of data was analyzed to determine its feasibility. Through the calculation and analysis， the relationship between the cross-sectional flow rate before and after the simplified speed measurement vertical line was good， and all the calculation indexes were within the allowable range， therefore， the vertical line of velocity measurement at the center of the main channel （the starting point distance was 95.0 m） at Jieshou Hydrology Station could be simplified， and the section flow could be measured with vertical line kept.

Keywords： simplified analysis;velocity measurement vertical line;flow

颍河航道被列入安徽省“两干三支”骨干航道网的一支，是河南省通往蚌埠、南京、上海等地的重要航道。至2011年底，颍上船闸、太和耿楼船闸相继建成通航，阜阳船闸重建完成，颍河航道实现全线贯通，往来船只频繁。当下各单位都在不断强调安全生产，对安全问题越来越重视。颍河航道频繁过往的船只给界首水文站缆道流速仪法测流带来了很大的安全隐患，测流过程中必须及时避让行船，否则可能会造成缆道损毁、船只受损、甚至人员伤亡。精简主航道中测速垂线可以减少缆道测流设备在主航道停留的时间，缩短测流历时，相应地也减少了一部分安全隐患。

1 基本情况

1.1 河流概况

颍河河道全长为610 km，总流域面积为36 651 km2。颍河穿越界首市政府所在地，界首市境内长度为14.2 km，流域面积为206.4 km2，左右岸堤防总长度为28.9 km。省界处河道底宽为80.0 m，提防边坡为1∶3，左滩地高程为39.0 m，右滩地高程为37.0 m。

1.2 测站概况

界首水文站是颍河控制站、省界站，位于安徽省界首市城关镇，地处豫皖交界处，属于国家重要水文站、一类精度站。

界首站测验河段顺直长度约为500 m，基本水尺断面下游约200 m处略有弯曲，基本水尺断面兼作流速仪测流断面，监测断面宽约为200 m。上游约30 km有槐店闸，约300 m有界临郸公路桥一座;下游约500 m有裕民大桥一座（目前正在拆除重建），约20 km有耿楼闸。受上下游闸门控制，本站水位长年处于中水期，水位变化保持在30.50～33.00 m，水面宽为135 m左右，河床穩定，冲淤变化不明显。

受上下游闸门运行和上游槐店闸水电站发电影响，界首站水位流量关系紊乱。上下游闸门启闭运行频繁和槐店闸水电站发电机工作，导致界首水文站流量测验频繁，年测流300次左右，单次测验时长为80 min左右。

2 垂线精简分析

2.1 断面稳定性分析

以2018年3月左岸护坡整理之后的大断面资料为依据，点绘近几年的实测大断面图，如图1所示。

从图1可以看出，近几年界首站断面比较稳定，除右岸为耕地受耕种影响稍有变动外，河道部分冲淤变化不大，基本稳定。

2.2 精简测速垂线原因及选择

界首站现常用流量测验方法为缆道流速仪法，采用一点法施测[1]。测流时受上下游大桥及两岸障碍物影响，存在不能及时观察到上下游来往船只情况的问题。测流过程中，避让船只到恢复测流需要花费双倍的缆道运行时间，而且容易出现避让不及的情况。为减少缆道测流设备在主航道停留的时间，缩短测流历时，减少测流生产安全隐患，对主航道内测速垂线进行精简十分必要。界首站缆道流速仪法流量测验为全年借用断面，保留现有测深垂线不影响施测过程和施测时长。

界首水文站流速仪测流断面起点距70. m、125.0 m处的下游位置（下游约10 m）分别设置有航标，起点距80.0～110.0 m为主航道，主航道内现有测速垂线三条，分别在起点距85.0 m、95.0 m和105.0 m处。根据断面最低点必须布设测速垂线的规定，由实测大断面结果可知，起点距85.0 m处为断面最低点，该测速垂线不能精简。而起点距95.0 m处正好位于主航道正中间，船只避让最为困难，相对起点距105.0 m处测速垂线而言，选择精简起点距95.0 m处测速垂线效果更好。

2.3 精简前后断面流量相关关系分析

以2020年1—3月共计64次实测流量数据为依据，精简起点距95.0 m处测速垂线，保留其测深垂线，计算精简后断面流量。其中，1～44测次为借用2019年10月31日实测断面资料，45～64测次为借用2020年3月5日实测断面资料。根据实测流量计算中采用借用断面的不同，把64次实测流量分为两个序列，对精简前后断面流量分别进行分析，相关关系分别如图2、图3所示。

从图2和图3可以看出，不同借用断面条件下，精简测速垂线前后，断面流量之间线性关系良好，相关关系式分别为y=0.999 3x-0.007 1、y=0.997 8x-0.035 7;确定性系数R2分别为0.999 7、0.999 6，拟合效果极好。界首站断面稳定，不同借用断面条件下，相关关系变化不大。不考虑借用断面影响情况，做64次实测流量的统一分析，如图4所示。

从图4可以看出，不考虑借用断面影响情况下，精简起点距95.0 m处测速垂线并保留其测深垂线，精简前后，断面流量之间线性关系良好，相关关系式为y=0.998 7x-0.011 3，确定性系数R2=0.999 7，拟合度很高，拟合效果极好。

2.4 误差分析

由图4可知，精简前后，断面流量线性关系极好，R2趋近于1，关系式趋近于y=x，为便于实际计算，精简后断面流量系数定为1.00。将精简前断面流量与精简后断面流量进行误差分析，如表1所示。

由表1可知，系统误差为0.18%，累积频率75%以上的误差不大于0.89%，累积频率95%以上的误差不大于2.40%，成果精度满足《水文测验手册》要求[2]。

3 结论

界首水文站精简起点距95.0 m处测速垂线并保留其测深垂线后，其断面流量与精简前断面流量呈良好的线性关系，断面稳定情况下不受借用断面影响[3-4]。精简前后，断面流量相关关系良好，精简后断面流量系数为1.00。精简前后，断面流量数据各项计算指标均处于允许范围内，可以精简。数据资料中实测流量值均较小，缺乏较大流量，待资料系列完善后可进行进一步分析。虽然精简掉位于主航道中心处的测速垂线会增加测流安全系数，但是人们仍旧不能掉以轻心，要时刻注意观察上下游来船情况，做到安全生产。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.河流流量测验规范：GB 50179—2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2]水利电力部水利司.水文测验手册[M].北京：水利电力出版社，1975.

[3]安徽省水文局.界首水文站测站任务书[Z].2020.

[4]界首水文站.界首站職工技术手册[Z].2017.