共科水文站高洪应急测验测速垂线精简分析

彭剑

摘 要：根据《河流流量测验规范》（GB 50179-93）规定，利用2010～2012年共科水文站总计33份实测流量资料，对共科水文站进行流量测验时测速垂线精简试验分析，试图在满足流量测验成果精度条件下，通过精简测速、测深垂线数目，分析在中高水位级测验河段宽深比条件下的流量测验的可行性，达到缩短流量测验历时，减少流量测验工作量，减少测流危险，增加安全系数，提高测验工作效率的目的，做到科学部署流量测验方案。

关键词： 测速垂线 测验 精简法 流量 试验分析

中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0222-02

（1）雅砻江是中国四川省西部河流。为长江上游金沙江的支流。发源于青海省巴颜喀拉山南麓，东南流入四川省西北部，在石渠县附近进入四川时，正式被称为雅砻江，沿大雪山西侧经新龙、雅江等县至云南边界渡口市注入金沙江。长1，187公里，流域面积14.4万平方公里。

新龙县，位于四川省甘孜藏簇自治洲的腹心地带，连接南北，地势北高南低。最高点为北部卡瓦洛日雪山，海拨5992 m，最低点为南部孜拖西，海拨2760 m。县境以北甘（孜）新（龙）公路经100公里与国道317线相连；县境以南理（塘）新（龙）路经186公里，雅（江）新（龙）路116公里与国道318线相连。

新龙资源富集，急待开发，森林覆盖率为26%，高于全省、全国水平，雅砻江流经全境208公里，水能蕴藏总量3250万千瓦。

（2）共科水文站于2010年8月设立，位于新龙县博美乡共科村雅砻江左岸，东经101°11′，北纬30°44′，集水面积38619 km2，采用黄海基面，海拔2900多m。是二滩水电开发有限公司为开发雅砻江流域水电资源做设计和施工报汛的专用水文站，属于一类水文站。测验项目有：水位、水温、岸温、流量、单沙、输沙、降水、蒸发、颗分、气象。站上基本断面河段顺直长度约600 m，下游约400 m处有一弯道，为本站中高水位控制。基本断面为卵石组成，冲淤变化小，河床稳定，历年断面面积比较均未超3%，水位流量关系单一稳定。站上全年全水位采用缆道流速仪法施测流量，即对单位时间内通过江河渠道某一断面的流体体积（即流量）的实地测量。使用钢架缆道将流速仪放入江中不同位置不同水深处测得江中水流速度，通过横断面上单元面积的流量是该面积与水流速度（流速）的乘积。分别测量各个部分的流速和面积（即测量水深和距离），即可求得流量。

（3）共科水文站距离县城40公里，周围无企业、单位、工厂及住户。由于地理位置偏辟导致站上交通不便，市电供应不能保证，尤其是在汛期大洪水时，经常断电。大洪水时江中漂木多，缆道测流时漂木极易撞坏铅鱼缆道，给缆道铅鱼测流带来诸多风险。为了安全和提高和收集好雅砻江的水文资料，就必需缩短流量测验历时，以减少危险系数，因此对共科水文站进行流量测验时测速垂线精简试验分析，试图在满足流量测验成果精度条件下，分析在中高水位级测验河段宽深比条件下的流量测验的可行性，通过精简测速、测深垂线数目， 减少测验时间，达到缩短流量测验历时，减少测流危险，增加安全系数。

1 精简试验分析设计方案

1.1 水位级划分

因该站设立时间较短水位级划分不能按频率分析计算方法划分。根据共科水文站自建站以来的监测数据，当水位高于2944.50 m，流量大于600 m3/s时市电不能保证，水中漂木较多，测流历时较长（常测法采用17-22根测速垂线，100秒测速历时），采用缆道铅鱼测流存在很大风险。因此划定2944.50 m以上为中高水，对水位Z》2944.50 m时做垂线精简分析。

1.2 宽深比确定

根据《河流流量测验规范》 （ GB 50179- 93）规定选取2010—2012期间测流水位在2944.50 m以上的流量测次33份。分别计算出测验33份流量时河流的水面宽度（B）和平均水深（d），做宽深比（B/d）分析。通过计算出的宽深比（B/d）取平均值为15，根据宽深比（B/d）再从《河流流量测验规范》（GB 50179-93）表4.1.4查取三项参数断面概化垂线流速分布形式参数，总随机不确定度，系统误差。查得三项参数值为：断面概化垂线流速分布形式参数=0.15，总随机不确定度=5，系统误差=-2～1。

1.3 流速仪测流方案选择

用查得的三项参数值断面概化垂线流速分布形式参数=0.15，总随机不确定度=5，系统误差=-2～1。再从《河流流量测验规范》（GB 50179-93）附表4.9-1选取可行的测流方案。查表后得到m10，p1，t30（m为测速垂线，p测速点数，t为每点测速历时）这一方案，舍去插补方案。

1.4 测速垂线精简分析

1.4.1 选取代表性较高的流量测次

共科站中高水流量测验河面宽为65.0～82.0m之间。布设了22条测速垂线。分别为16.0、19.3、23.0、26.4、30.0、32.5、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0、60.0、65.0、67.5、70.0、75.0、80.0、85.0、86.7、89.4、92.3、93.1 m。通过比较选用共科站2011～2012年3次（Q22#、Q26#、Q18#）具有代表性的、精度较高的精测法流量做垂线精简分析。

1.4.2 测速垂线精简

比较三分流量实测河流断面上每点流速是否稳定可靠。将Q22#、Q26#、Q18#的垂线平均流速与水深点绘流速横向分布图。

将流速稳定，对流量计算影响较小的流速点舍去。比较分析后舍掉流速稳定影响较小的测速点即测速垂线12根，保留10根即还剩10点断面测速点。根据流速横向分布情况选定精简后的测速垂线为30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0 m共10条垂线。

1.4.3 流量精简垂线前后的流量比较

计算出Q22#、Q26#、Q18#三次流量精简前后的流量并比较。用精简后的测速点重新计算流量和未精简测速点计算的流量做比较。

三次流量精简垂线前后比较的误差分别为0.9%、-0.5%、2.0%，均在3%的范围内。

2 检验方案是否满足要求

2.1 流量精简前后分析比较

按规范要求分别计算精简垂线前后的流量并统计累计频率达75%以上的是否超过3%，累计频率达95%是否不超过5%，系统误差是否超过1%。

统计出累计频率达75%以上的误差为1.5%，小于±3%，累计频率达95%以上的误差为2.0%，小于±5%，系统误差为-0.2%，小于±1%符合规范要求。

2.2 计算精简前后系数

以精简前流量为横坐标，精简后流量为纵坐标点绘精简前后流量相关图。

过点群重心划一直线，直线斜率即为流量精简后与精简前的流量关系。从图可得流量精简后与精简前的流量关系为1，符合常测法误差界限。

3 分析成果

综合上述，当共科水文站水位Z》 2944.50 m时可选方案m=10；p=1；t=30s，可选用30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0m10条测速垂线采用相对水深0.6一点法30秒测速，完全满足规范要。

4 结语

试验分析表明，共科专用水文站在中高水位应急测验时的流量测验垂线数目在满足规范规定误差时可以减少一半测速垂线，测点数可以全部采用一点30秒进行流量测验，比未精简时节省测验时间2/3以上，不但提高了工作效率而且使共科站在有限的测验条件下能应急快速准确的测验出成果。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.水文资料整编规范（SL247-1999）[S].北京：中国水利水电出版社.

[2] 中华人民共和国国家标准.河流流量测验规范（GB 50179-93）[S].北京：中国计划出版社，1993.

[3] 水利电力司.水文测验手册（野外工作）[M].北京：水利电力出版社，1983.endprint

摘 要：根据《河流流量测验规范》（GB 50179-93）规定，利用2010～2012年共科水文站总计33份实测流量资料，对共科水文站进行流量测验时测速垂线精简试验分析，试图在满足流量测验成果精度条件下，通过精简测速、测深垂线数目，分析在中高水位级测验河段宽深比条件下的流量测验的可行性，达到缩短流量测验历时，减少流量测验工作量，减少测流危险，增加安全系数，提高测验工作效率的目的，做到科学部署流量测验方案。

关键词： 测速垂线 测验 精简法 流量 试验分析

中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0222-02

（1）雅砻江是中国四川省西部河流。为长江上游金沙江的支流。发源于青海省巴颜喀拉山南麓，东南流入四川省西北部，在石渠县附近进入四川时，正式被称为雅砻江，沿大雪山西侧经新龙、雅江等县至云南边界渡口市注入金沙江。长1，187公里，流域面积14.4万平方公里。

新龙县，位于四川省甘孜藏簇自治洲的腹心地带，连接南北，地势北高南低。最高点为北部卡瓦洛日雪山，海拨5992 m，最低点为南部孜拖西，海拨2760 m。县境以北甘（孜）新（龙）公路经100公里与国道317线相连；县境以南理（塘）新（龙）路经186公里，雅（江）新（龙）路116公里与国道318线相连。

新龙资源富集，急待开发，森林覆盖率为26%，高于全省、全国水平，雅砻江流经全境208公里，水能蕴藏总量3250万千瓦。

（2）共科水文站于2010年8月设立，位于新龙县博美乡共科村雅砻江左岸，东经101°11′，北纬30°44′，集水面积38619 km2，采用黄海基面，海拔2900多m。是二滩水电开发有限公司为开发雅砻江流域水电资源做设计和施工报汛的专用水文站，属于一类水文站。测验项目有：水位、水温、岸温、流量、单沙、输沙、降水、蒸发、颗分、气象。站上基本断面河段顺直长度约600 m，下游约400 m处有一弯道，为本站中高水位控制。基本断面为卵石组成，冲淤变化小，河床稳定，历年断面面积比较均未超3%，水位流量关系单一稳定。站上全年全水位采用缆道流速仪法施测流量，即对单位时间内通过江河渠道某一断面的流体体积（即流量）的实地测量。使用钢架缆道将流速仪放入江中不同位置不同水深处测得江中水流速度，通过横断面上单元面积的流量是该面积与水流速度（流速）的乘积。分别测量各个部分的流速和面积（即测量水深和距离），即可求得流量。

（3）共科水文站距离县城40公里，周围无企业、单位、工厂及住户。由于地理位置偏辟导致站上交通不便，市电供应不能保证，尤其是在汛期大洪水时，经常断电。大洪水时江中漂木多，缆道测流时漂木极易撞坏铅鱼缆道，给缆道铅鱼测流带来诸多风险。为了安全和提高和收集好雅砻江的水文资料，就必需缩短流量测验历时，以减少危险系数，因此对共科水文站进行流量测验时测速垂线精简试验分析，试图在满足流量测验成果精度条件下，分析在中高水位级测验河段宽深比条件下的流量测验的可行性，通过精简测速、测深垂线数目， 减少测验时间，达到缩短流量测验历时，减少测流危险，增加安全系数。

1 精简试验分析设计方案

1.1 水位级划分

因该站设立时间较短水位级划分不能按频率分析计算方法划分。根据共科水文站自建站以来的监测数据，当水位高于2944.50 m，流量大于600 m3/s时市电不能保证，水中漂木较多，测流历时较长（常测法采用17-22根测速垂线，100秒测速历时），采用缆道铅鱼测流存在很大风险。因此划定2944.50 m以上为中高水，对水位Z》2944.50 m时做垂线精简分析。

1.2 宽深比确定

根据《河流流量测验规范》 （ GB 50179- 93）规定选取2010—2012期间测流水位在2944.50 m以上的流量测次33份。分别计算出测验33份流量时河流的水面宽度（B）和平均水深（d），做宽深比（B/d）分析。通过计算出的宽深比（B/d）取平均值为15，根据宽深比（B/d）再从《河流流量测验规范》（GB 50179-93）表4.1.4查取三项参数断面概化垂线流速分布形式参数，总随机不确定度，系统误差。查得三项参数值为：断面概化垂线流速分布形式参数=0.15，总随机不确定度=5，系统误差=-2～1。

1.3 流速仪测流方案选择

用查得的三项参数值断面概化垂线流速分布形式参数=0.15，总随机不确定度=5，系统误差=-2～1。再从《河流流量测验规范》（GB 50179-93）附表4.9-1选取可行的测流方案。查表后得到m10，p1，t30（m为测速垂线，p测速点数，t为每点测速历时）这一方案，舍去插补方案。

1.4 测速垂线精简分析

1.4.1 选取代表性较高的流量测次

共科站中高水流量测验河面宽为65.0～82.0m之间。布设了22条测速垂线。分别为16.0、19.3、23.0、26.4、30.0、32.5、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0、60.0、65.0、67.5、70.0、75.0、80.0、85.0、86.7、89.4、92.3、93.1 m。通过比较选用共科站2011～2012年3次（Q22#、Q26#、Q18#）具有代表性的、精度较高的精测法流量做垂线精简分析。

1.4.2 测速垂线精简

比较三分流量实测河流断面上每点流速是否稳定可靠。将Q22#、Q26#、Q18#的垂线平均流速与水深点绘流速横向分布图。

将流速稳定，对流量计算影响较小的流速点舍去。比较分析后舍掉流速稳定影响较小的测速点即测速垂线12根，保留10根即还剩10点断面测速点。根据流速横向分布情况选定精简后的测速垂线为30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0 m共10条垂线。

1.4.3 流量精简垂线前后的流量比较

计算出Q22#、Q26#、Q18#三次流量精简前后的流量并比较。用精简后的测速点重新计算流量和未精简测速点计算的流量做比较。

三次流量精简垂线前后比较的误差分别为0.9%、-0.5%、2.0%，均在3%的范围内。

2 检验方案是否满足要求

2.1 流量精简前后分析比较

按规范要求分别计算精简垂线前后的流量并统计累计频率达75%以上的是否超过3%，累计频率达95%是否不超过5%，系统误差是否超过1%。

统计出累计频率达75%以上的误差为1.5%，小于±3%，累计频率达95%以上的误差为2.0%，小于±5%，系统误差为-0.2%，小于±1%符合规范要求。

2.2 计算精简前后系数

以精简前流量为横坐标，精简后流量为纵坐标点绘精简前后流量相关图。

过点群重心划一直线，直线斜率即为流量精简后与精简前的流量关系。从图可得流量精简后与精简前的流量关系为1，符合常测法误差界限。

3 分析成果

综合上述，当共科水文站水位Z》 2944.50 m时可选方案m=10；p=1；t=30s，可选用30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0m10条测速垂线采用相对水深0.6一点法30秒测速，完全满足规范要。

4 结语

试验分析表明，共科专用水文站在中高水位应急测验时的流量测验垂线数目在满足规范规定误差时可以减少一半测速垂线，测点数可以全部采用一点30秒进行流量测验，比未精简时节省测验时间2/3以上，不但提高了工作效率而且使共科站在有限的测验条件下能应急快速准确的测验出成果。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.水文资料整编规范（SL247-1999）[S].北京：中国水利水电出版社.

[2] 中华人民共和国国家标准.河流流量测验规范（GB 50179-93）[S].北京：中国计划出版社，1993.

[3] 水利电力司.水文测验手册（野外工作）[M].北京：水利电力出版社，1983.endprint

摘 要：根据《河流流量测验规范》（GB 50179-93）规定，利用2010～2012年共科水文站总计33份实测流量资料，对共科水文站进行流量测验时测速垂线精简试验分析，试图在满足流量测验成果精度条件下，通过精简测速、测深垂线数目，分析在中高水位级测验河段宽深比条件下的流量测验的可行性，达到缩短流量测验历时，减少流量测验工作量，减少测流危险，增加安全系数，提高测验工作效率的目的，做到科学部署流量测验方案。

关键词： 测速垂线 测验 精简法 流量 试验分析

中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）02（c）-0222-02

（1）雅砻江是中国四川省西部河流。为长江上游金沙江的支流。发源于青海省巴颜喀拉山南麓，东南流入四川省西北部，在石渠县附近进入四川时，正式被称为雅砻江，沿大雪山西侧经新龙、雅江等县至云南边界渡口市注入金沙江。长1，187公里，流域面积14.4万平方公里。

新龙县，位于四川省甘孜藏簇自治洲的腹心地带，连接南北，地势北高南低。最高点为北部卡瓦洛日雪山，海拨5992 m，最低点为南部孜拖西，海拨2760 m。县境以北甘（孜）新（龙）公路经100公里与国道317线相连；县境以南理（塘）新（龙）路经186公里，雅（江）新（龙）路116公里与国道318线相连。

新龙资源富集，急待开发，森林覆盖率为26%，高于全省、全国水平，雅砻江流经全境208公里，水能蕴藏总量3250万千瓦。

（2）共科水文站于2010年8月设立，位于新龙县博美乡共科村雅砻江左岸，东经101°11′，北纬30°44′，集水面积38619 km2，采用黄海基面，海拔2900多m。是二滩水电开发有限公司为开发雅砻江流域水电资源做设计和施工报汛的专用水文站，属于一类水文站。测验项目有：水位、水温、岸温、流量、单沙、输沙、降水、蒸发、颗分、气象。站上基本断面河段顺直长度约600 m，下游约400 m处有一弯道，为本站中高水位控制。基本断面为卵石组成，冲淤变化小，河床稳定，历年断面面积比较均未超3%，水位流量关系单一稳定。站上全年全水位采用缆道流速仪法施测流量，即对单位时间内通过江河渠道某一断面的流体体积（即流量）的实地测量。使用钢架缆道将流速仪放入江中不同位置不同水深处测得江中水流速度，通过横断面上单元面积的流量是该面积与水流速度（流速）的乘积。分别测量各个部分的流速和面积（即测量水深和距离），即可求得流量。

（3）共科水文站距离县城40公里，周围无企业、单位、工厂及住户。由于地理位置偏辟导致站上交通不便，市电供应不能保证，尤其是在汛期大洪水时，经常断电。大洪水时江中漂木多，缆道测流时漂木极易撞坏铅鱼缆道，给缆道铅鱼测流带来诸多风险。为了安全和提高和收集好雅砻江的水文资料，就必需缩短流量测验历时，以减少危险系数，因此对共科水文站进行流量测验时测速垂线精简试验分析，试图在满足流量测验成果精度条件下，分析在中高水位级测验河段宽深比条件下的流量测验的可行性，通过精简测速、测深垂线数目， 减少测验时间，达到缩短流量测验历时，减少测流危险，增加安全系数。

1 精简试验分析设计方案

1.1 水位级划分

因该站设立时间较短水位级划分不能按频率分析计算方法划分。根据共科水文站自建站以来的监测数据，当水位高于2944.50 m，流量大于600 m3/s时市电不能保证，水中漂木较多，测流历时较长（常测法采用17-22根测速垂线，100秒测速历时），采用缆道铅鱼测流存在很大风险。因此划定2944.50 m以上为中高水，对水位Z》2944.50 m时做垂线精简分析。

1.2 宽深比确定

根据《河流流量测验规范》 （ GB 50179- 93）规定选取2010—2012期间测流水位在2944.50 m以上的流量测次33份。分别计算出测验33份流量时河流的水面宽度（B）和平均水深（d），做宽深比（B/d）分析。通过计算出的宽深比（B/d）取平均值为15，根据宽深比（B/d）再从《河流流量测验规范》（GB 50179-93）表4.1.4查取三项参数断面概化垂线流速分布形式参数，总随机不确定度，系统误差。查得三项参数值为：断面概化垂线流速分布形式参数=0.15，总随机不确定度=5，系统误差=-2～1。

1.3 流速仪测流方案选择

用查得的三项参数值断面概化垂线流速分布形式参数=0.15，总随机不确定度=5，系统误差=-2～1。再从《河流流量测验规范》（GB 50179-93）附表4.9-1选取可行的测流方案。查表后得到m10，p1，t30（m为测速垂线，p测速点数，t为每点测速历时）这一方案，舍去插补方案。

1.4 测速垂线精简分析

1.4.1 选取代表性较高的流量测次

共科站中高水流量测验河面宽为65.0～82.0m之间。布设了22条测速垂线。分别为16.0、19.3、23.0、26.4、30.0、32.5、35.0、40.0、45.0、50.0、55.0、60.0、65.0、67.5、70.0、75.0、80.0、85.0、86.7、89.4、92.3、93.1 m。通过比较选用共科站2011～2012年3次（Q22#、Q26#、Q18#）具有代表性的、精度较高的精测法流量做垂线精简分析。

1.4.2 测速垂线精简

比较三分流量实测河流断面上每点流速是否稳定可靠。将Q22#、Q26#、Q18#的垂线平均流速与水深点绘流速横向分布图。

将流速稳定，对流量计算影响较小的流速点舍去。比较分析后舍掉流速稳定影响较小的测速点即测速垂线12根，保留10根即还剩10点断面测速点。根据流速横向分布情况选定精简后的测速垂线为30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0 m共10条垂线。

1.4.3 流量精简垂线前后的流量比较

计算出Q22#、Q26#、Q18#三次流量精简前后的流量并比较。用精简后的测速点重新计算流量和未精简测速点计算的流量做比较。

三次流量精简垂线前后比较的误差分别为0.9%、-0.5%、2.0%，均在3%的范围内。

2 检验方案是否满足要求

2.1 流量精简前后分析比较

按规范要求分别计算精简垂线前后的流量并统计累计频率达75%以上的是否超过3%，累计频率达95%是否不超过5%，系统误差是否超过1%。

统计出累计频率达75%以上的误差为1.5%，小于±3%，累计频率达95%以上的误差为2.0%，小于±5%，系统误差为-0.2%，小于±1%符合规范要求。

2.2 计算精简前后系数

以精简前流量为横坐标，精简后流量为纵坐标点绘精简前后流量相关图。

过点群重心划一直线，直线斜率即为流量精简后与精简前的流量关系。从图可得流量精简后与精简前的流量关系为1，符合常测法误差界限。

3 分析成果

综合上述，当共科水文站水位Z》 2944.50 m时可选方案m=10；p=1；t=30s，可选用30.0、35.0、45.0、50.0、55.0、65.0、67.5、70.0、80.0、85.0m10条测速垂线采用相对水深0.6一点法30秒测速，完全满足规范要。

4 结语

试验分析表明，共科专用水文站在中高水位应急测验时的流量测验垂线数目在满足规范规定误差时可以减少一半测速垂线，测点数可以全部采用一点30秒进行流量测验，比未精简时节省测验时间2/3以上，不但提高了工作效率而且使共科站在有限的测验条件下能应急快速准确的测验出成果。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.水文资料整编规范（SL247-1999）[S].北京：中国水利水电出版社.

[2] 中华人民共和国国家标准.河流流量测验规范（GB 50179-93）[S].北京：中国计划出版社，1993.

[3] 水利电力司.水文测验手册（野外工作）[M].北京：水利电力出版社，1983.endprint