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    西汉水大桥水文站巡测可行性分析

    时间:2023-01-16 09:55:13来源:百花范文网本文已影响

    王文广

    (甘肃省天水水文水资源勘测局,甘肃 天水 741000)

    西汉水为嘉陵江一级支流,发源于西秦岭南麓之罗家堡,经天水、礼县、西和县于苏元乡敞河坝进入成县,向西南流至镡坝、建村李家河出境,于陕西省略阳县徐家坪汇入嘉陵江。全长279 km,流域面积9 569 km2。西汉水横切西秦岭,流经黄土沟壑,流域覆盖条件差,水土流失严重。

    大桥水文站位于西和县大桥乡,地理位置东经105°17′,北纬33°45′,集水面积6 491 km2,至河口(嘉陵江)距离133 km,建于1976年1月,为国家重要水文站。所属雨量站4处,定点洪水调查河段1处,现有工作人员4名。测验任务包括测量、水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水质、水温、水情报汛等项目。

    图1 大桥水文站位置图

    2.1 水位~流量分析

    水位采用雷达水位计和人工直立式水尺并行观测[1]。汛期基本观测时间是2时、8时、14时、20时进行观测,非汛期基本定时观测时间是8时、20时。对近几年大桥站实测资料绘制大断面图、水位流量曲线图。

    根据2011-2016年流量资料统计分析,得出以上逐月径流量年内分配表。由此可见径流量年内分配极不均匀。其中1-4月径流量占全年的17.04%,11-12月径流量占全年的11.33%,5-10月占全年的71.29%;
    7月份径流量最大,占全年的14.82%。据2015-2017年的断面变化图(见图2)可知断面冲淤变化频繁,由2015-2017年水位流量关系线(图3)表明,其水位流量关系曲线不呈单一曲线,各项成果均超出《水文巡测规范》4.5.3条的规定误差。经分析,超出误差的主要原因是,上断面的清水江和西汉水涨水时携带的沙量大,造成测验断面冲於变化频繁[2]。

    2.2 泥沙测验分析

    汛期单样含沙量采用横式、瓶式采样器取样,水样处理采用过滤法;
    采用实测单沙过程线法(单~断沙过程线法、单~断沙综合过程线法)推求断面平均含沙量[3]。通过对大桥1976-2016年流量输沙率资料建立相关关系(图4)得知,其关系点据呈带状,左右偏离变化不大,流量输沙率关系好。

    图2 大桥水文站水位流量关系曲线套汇图

    图3 大桥水文站大断面套汇图

    经分析,大桥站泥沙过程与洪水过程变化一致。含沙量主要分布于汛期,年内1-2月、12月含沙量基本为0。

    表1 大桥水文站月年平均径流量表

    图4 大桥站历年流量输沙率关系图

    2.3 降蒸观测分析

    大桥站多年平均降水量515.2 mm。该站降水多集中在汛期6-9月,非汛期1-3月、11-12月降水占全年总量比重较小。全年使用JEZ02型融雪翻斗式雨量计进行自动监测和JQR01型20 cm口径雨量器进行人工雨量器并行观测,降水量采用14时、20时、2时、8时四段制观测,同时,全年使用JEZ02型融雪翻斗式雨量计观测的数据进行资料整编,满足降水量观测的精度要求,JQR01型20 cm口径人工雨量器进行资料的校核。

    何坝、草关、肖良、申家集委托雨量站降水量采用FDYB~02型翻斗式雨量计进行遥测,同时使用JQR01型20 cm口径人工雨量器进行14时、20时、2时、8时四段制人工观测,全年使用FDYB~02型翻斗式雨量计观测的数据进行资料整编,20 cm口径人工雨量器进行资料的校核。经以上分析,该站降水量已实现自动化观测。

    该站蒸发量采用20 cm口径蒸发器,蒸发观测符合《水面蒸发观测规范》(SL603~2013)规定。蒸发量以8时为日分界。

    3.1 流量误差分析

    根据该站多年的实测流量成果表和逐日平均流量表分析,1-4月以及11-12月流量较小且变化过程比较平缓,因此确定该时段每月15日定期施测一次流量,采用连实测流量过程线法进行整编。根据该站2011-2016年流量资料,以每月15日流量作为月平均流量,进行误差统计分析,流量实测精简前后对比,相对误差2011年、2012、2014、2016年有点偏大,2013、2015年较小,但都控制在允许误差范围之内,结果表2。依据SL2015《水文巡测规范》4.3.3.3的规定,时段总量允许误差见表3。

    大桥水文站为一类精度水文站,对照表2可以看出2011-2016年1-4月以及11-12月以15日流量代替月平均流量推求的年总量相对误差小于规范规定的时段总量允许误差,因此上述流量巡测方案成果精度符合规范要求。

    表2 流量巡测前后误差统计表

    表3 流量时段总量允许误差表

    表4 大桥水文站月均流量表

    根据该站多年的月均实测流量成果表进行统计Q<15(m3/s),和水位级划分表对比,因此该站1-4月以及11-12月时段为枯水期。依照《河流流量测验规范》(GB/T50179~2015)规定,根据《水文巡测规范》要求制定该时段流量测验方案。

    3.2 巡测方案

    方案1:当水位低于992.90 m,即Z<992.90 m,流量Q<15 m3枯水期流量较小且条件允许时,在确保人员财产安全的情况下可采用涉水测流,将流速仪固定于测杆上,用秒表计时。用测绳测距定位。测杆测深。测速采用流速仪法施测,主流部分每间隔或2.5 m布设一条测深、测速垂线,垂线数不得少于5条,测速历时为100 s。

    方案2:枯水期流量很小时可采用小浮标法进行施测,在主流部分流速最大处投放小浮标,个数保持3~5个,从中选用历时最短、运行正常、行速最接近的2~3个浮标,使其最长运行历时与最短运行历时相差不超过最短历时的10%,取其平均历时,计算小浮标虚流速,利用公式Q=Kmf·Am·Vmf计算断面流量。利用标志物目估起点距。根据现场实际情况实测断面。当浮标通过上断面时,上断面监视人员用对讲机通知下断面监视人员启动秒表,当浮标通过下断面时,下断面监视人员关闭秒表,测记浮标运行历时,并用公式Vmf=L/T计算多个小浮标虚流速,取其均值,作为断面平均虚流速。如出现特殊情况也可采用半距测算浮标虚流速。

    3.3 流量误差来源及控制措施

    流量测验误差可分为随机误差、未定系统误差、已定系统误差和伪误差。随机误差应按正态分布,采用置信水平为95%的随机不确定度描述,未定系统误差应采用置信水平不低于95%的系统不确定度描述,已定系统误差应进行修正,含有伪误差的测量成果应剔除。

    3.4 输沙率误差分析

    选取2011-2016年输沙率资料进行统计分析,其中1-2月、12月各年输沙量均为0。各年枯水期1-4、11-12月时段输沙量及年输沙量表5。

    表5 枯水期输沙量巡测成果误差分析

    由此可以得出从11月至翌年4月输沙量很小,时段多年平均输沙量仅占多年平均输沙量的1.8%。因此该时段内含沙量可停测,停测期间的含沙量做0处理,当含沙量有显著变化时,应立即恢复观测,派人巡测采取单样含沙量。

    3.5 巡测报汛处理方案

    大桥站1-4月、11-12月时段巡测期间,可通过数据平台查询大桥站雷达水位计观测的瞬时水位和JEZ02型融雪翻斗式雨量计自动观测的时段降水量,通过查读拟定的报讯曲线获取流量。报讯曲线要根据实测流量资料随时进行订正。由礼县水文中心站安排专人拟定报文、校核报文并发送报文,确保水情信息及时、准确、无误、有效地传输。

    大桥水文站由于断面冲淤变化频繁,水位流量关系曲线不呈单一曲线,达不到单值化要求,各项成果均超出《水文巡测规范》4.5.3条的规定误差。超出误差的主要原因是,7-8月上断面的清水江和西汉水涨水时携带的沙量大,造成测验断面冲於变化频繁。经计算分析,1-4月径流量占全年的17.04%;
    11-12月径流量占全年的11.33%,5-10月占全年的71.29%;
    7月份径流量最大,占全年的14.82%。因此确定该站5-10月驻测,1-4月、11-12月巡测。5-10月驻测时段各种测验项目与往年的测验方式相同。1-4月、11-12月巡测时段:水位采用雷达水位自动观测;
    降水采用JEZ02型融雪翻斗式雨量计自动观测;
    何坝、草关、肖良、申家集委托雨量站降水量采用FDYB~02型翻斗式雨量计进行遥测;
    水温、蒸发委托看守人员观测;
    泥沙停测。

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