落差法推流在利民河闸水文站应用初探

2021-07-12 09:48黄宏家王昌平金杰
城市建设理论研究(电子版) 2021年15期
关键词:射阳县利民黄沙

黄宏家 王昌平 金杰

1.江苏省水文水资源勘测局盐城分局 江苏 盐城 224051 2.扬州大学 江苏 扬州 225009

1 测站基本情况概述

利民河位于盐城市射阳县境内,是江苏省射阳县南部的一条人工河道,由西至东流经射阳县长荡镇中心河、黄沙港镇境内利民河闸,于1955年开挖,后经过多次进行拓浚。如今河流全长42.5km,流域面积约524km2。河底宽度为7m~20m,河底高程为-1.5m~-2.0m,是射阳县境内新洋港以北、黄沙港以南区域的主要排涝河道。利民河闸水文站位于利民河下游射阳县黄沙港镇利民河闸,设立于1970年7月,是利民河出海口控制站,为国家二类精度水文站。其测验项目包括闸上水位、流量、降雨等。其流量测验断面设于闸上游150m处,上游基本水尺设于闸上游130m处,上游2km处设有水位比测断面。该站水文特征值见表1。

表1 利民河闸水文站水文特征值统计表

图1 利民河闸水文站示意图

2 利民河闸水位流量关系的影响因素研究

利民河闸水文站历年使用水文测流缆道进行流量测验,运用一潮推流法定线推求全年流量。由于利民河在闸下3.3km处与黄沙港、运棉河汇合,共用黄沙港入海水道出海,出水流量受黄沙港、运棉河出水顶托影响较大,这些河流的张罗对利民河闸的水位流量有一定的影响,导致利民河闸水文站水位—流量关系不太稳定,因此测流工作量较大,且定线误差较大。

根据射阳县南部流域的地理特征、水流特性,并通过计算分析利民河水闸水位与流量的关系,发现利民河闸中水位与流量关系的影响因素较为复杂,主要包括河道冲刷和淤积的变化、下游支流的回水顶托以及洪水发生时间等影响因素,另一方面,上游支流洪水的结构特征以及江湖关系的演化等其他因素也对水位与流量关系变化具有着一定程度上的影响。

因此,采用什么方法推算水位流量至关重要,落差法因其特性,用于推算水位流量,有利于减少流量测次,提高推流精度。

3 落差法基本原理

与一般的校正因数法以及连时序法相比较而言,落差法更适用于受变动回水干扰、测验河段比较顺直、条件下河槽基础稳定、落差较大的测站。其中点对线的相对误差及随机不确定度均可符合现行《水文资料整编规范》的数据要求。并且点对点的相对误差还可以控制在85%以上,满足数据所要求的精度范围。自20世纪70年代首次提出以来,数十年的研究和实践表明,使用该方法可以大幅度提高计算结果的精确度和可靠性,并且在技术领域具有广泛的实用性。

根据实测流量数据,结合水文资料整编规范中的规定,建立水位与流量之间的线性关系:Qc=aZ+b(式中Z为本站测时水位);应用上游比测水位与本站测时水位之差△Z作为参数,与实测流量Qs和Qc的比值K建立关系:K=a△Z2+b△Z+c。通过k值改正Q=Qc×K,推算流量。

4 落差法的分析计算

本次分析计算采用利民河闸站2017~2019年共计81次实测流量数据及上游水位比测站水位资料,经软件模拟并计算出Z~Q关系线及△Z~K关系线(见图2、图3),其关系公式分别为:Qc=63.29H+27.72;K=33.62△Z2+7.21△Z+0.352。

图2 水位流量关系线

图3 K值关系线

由图可见,经K值修正后,点线关系紧密,通过三项检验,并且系统误差与随机不确定度中各项指标均符合标准。

具体公式为:

式中:

Se—系统标准差;

n—测次总数;

Pi—相对误差;

XQ—随机不确定度。

根据系统标准差与随机不确定度的公式,具体曲线定线精度与三种检验结果计算结果见表2。

Pi表2 曲线定线精度与三项检验结果计算表

对于观测到的原始落差值数据,应尽可能地提高水位观测值精度。经验算,应用落差法推算流量与实测流量偏离±10%以内测次69次,占总测次的86.4%;误差±15%以内内测次81次,占总测次的100%;最大误差14.4%,满足《水位资料整编规范》中二级精度堰闸流量站定线精度要求。

5 存在的问题

落差法目前广泛应用于水文站推流计算模型中,其精度的确定主要受公式中相关参数取值大小的影响,并且在实际推流计算过程时,涉及到的落差计算以及选择相应时间的还需要仔细考虑。目前利民河闸主要采用水位曲线读取法进行水位状况的测量。对于天然河流,更适合走中线的方法,但对于受水位波动影响的测站,若继续使用中线法获得的数据,在一定程度上会影响落差的计算精度,并且由于落差的计算量比较庞大,当应用程序进行计算时,采用将推流站水位读取时间与落差读取时间取为一致的做法,这种做法会加大数据精度控制的难度。

6 结束语

本文选用利民河闸(闸上)水文站2017年~2019年实测流量资料及上游水位比测站水位记录数据,运用落差法计算分析,得出水位流量之间关系。计算分析表明,受黄沙港闸、运棉河闸排水顶托影响的利民河闸水文站,运用落差法推求流量是有效的方法,在两个或者三个闸同时排水工况下,推求流量精度较高,但在其他两个闸不排水的情况下,相对误差较大,还需进一步分析。另由于本文仅对2017年~2019年的实测流量数据进行落差法计算分析,不具有普遍性和代表性,需收集更多的年限资料进一步分析,以提高精准度。

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