包 晶

（安慶水文水資源局，安徽 安慶 246003）

0 引言

隨著中小河流監(jiān)測系統(tǒng)建設驗收完成，站網(wǎng)密度顯著提高，按照水利部（水文[2005]70）《水文現(xiàn)代化建設指導意見》精神，積極推進水文測驗方式改革,實現(xiàn)測站有人看管，無人值守，定期檢查巡測，實現(xiàn)駐測、巡測、間測和水文調(diào)查相結(jié)合。樅陽閘水文站采用2011 年河道清淤后的水文資料系列分析率定，確定該站是否滿足不同流態(tài)的流量巡測要求，研究和推進水文測驗方式改革。

1 測站概況

圖1 樅陽閘站水系及站點分布圖

樅陽閘水文站建成于1951 年，位于安徽省樅陽縣樅陽鎮(zhèn)，是菜子湖流域出口控制站，積水面積3340 km2，為國家重要水文站，一類精度站。流量測驗斷面位于閘上游157 m 處，測驗方式為水文纜道，右岸為樅陽大堤，左岸為樅陽縣城防洪堤，斷面控制作用較好。測驗斷面流量受水利工程調(diào)度的影響，多采用堰閘流量系數(shù)法推求流量。堰閘為進水閘（平底閘）閘門型式及堰頂形狀為直升，矩形，共10 孔，每孔寬4.5 m，閘底高程為6.75 m。流域內(nèi)現(xiàn)有20 個雨量站，流域主源大沙河出山口處設有沙河埠水文站，菜子湖區(qū)設有車富嶺水位站。樅陽閘水文測區(qū)覆蓋樅陽縣，包含橫埠河、楊市河、錢橋河、羅昌河、樅陽河。境內(nèi)陳瑤湖、白蕩湖、菜子湖和“兩賽”（神靈賽、羹膾賽兩湖）4 大流域，河網(wǎng)密度0.22 km/km2，總水面達42000 hm2。水系及站點分布圖見圖1。

2 樅陽閘水文站單值化分析

2.1 測站特性及測驗河段情況

樅陽閘上游山區(qū)地形陡峻，匯集白兔湖3340 km2來水，降水量集中。菜子湖樅陽閘站、白蕩湖白蕩閘站都位于樅陽閘縣境內(nèi)，山地和平原崗地過渡地段，流域地理情況相似，洪水主要由降水形成，洪水的季節(jié)特點、時空變化與本地區(qū)降水一致。每年4 月～5 月份就有洪水發(fā)生，6 月～8 月份為洪水的主要季節(jié)。暴雨洪水季節(jié)，長江同時處于高水位期，樅陽閘出流受長江水位影響。通常情況下，汛期白兔湖水位上漲，非汛期長江水位不影響樅陽閘出流時，開閘泄出汛期囤蓄于湖泊的洪水，白兔湖水位緩慢下降。過閘流量受上、下游水位及工程調(diào)度的綜合影響，采用現(xiàn)場率定堰閘流量系數(shù)法推求流量。流量測驗河段較順直，兩岸有圩提能控制高水位，水位在10.9 m 以上左岸漫灘，灘地寬24 m，水位在12.3 m 以上右岸漫灘，灘地寬25 m。河床為純粘土組成，較穩(wěn)定。

2.2 流態(tài)說明

根據(jù)閘門變動情況，樅陽閘出流流態(tài)分別為自由堰流、淹沒堰流、自由孔流和淹沒孔流。當e/hu≤0.65 時，為孔流；e/hu＞0.65 時，為堰流。

堰流分析：平底閘自由出流時hl/hu＜0.8；淹沒出流時hl/hu＞0.8，下游水位高于堰頂，下游水面無明顯跌落現(xiàn)象。

孔流分析：自由出流時閘下水位低于閘門底邊，即閘下水頭小于閘門開啟高度（hl＜e）；淹沒出流時閘下水頭高于閘門底邊，即閘下水頭大于閘門開啟高度（hl＞e）。

其中，e 為閘門開高；hu為上游水頭；hl為下游水頭。

2.3 堰閘流量系數(shù)分析

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》要求，該站自由堰流、淹沒堰流、自由孔流、淹沒孔流的計算公式分別為：

自由式堰流計算公式：Q=C1BH3/2；

淹沒式堰流計算公式：Q=δC1BH3/2；

淹沒式孔流計算公式：Q=VBe。

式中：Q 為過閘流量，m3/s；C1為自由式堰流流量系數(shù)；B 為閘孔開啟凈寬，m；H 為上游水頭,m；e 為閘門開啟高度，m；V 為閘門過水平均流速。根據(jù)上述公式可用實測資料推求自由式堰流、淹沒堰流、淹沒式孔流流量系數(shù)。

2.4 分析資料的選用情況

樅陽閘站為堰閘站，流量測驗工作按照《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》要求，采用纜道測流（纜道出現(xiàn)故障時，采用ADCP 測流），纜道測流斷面10 孔全開進行流量測驗，水流相對穩(wěn)定，采用堰閘流量系數(shù)法推求流量。按《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）第4.4.3 要求,對需要巡測的各水文站的流量資料進行分析整理與誤差分析分析實行巡測的各項誤差所需資料應符合下列規(guī)定：①應有5 年以上連續(xù)的資料系列并宜包括高中低水年和不同水情資料；②在各水位級內(nèi)用于計算誤差的樣本不宜少于30 個。因2011 年河道整治、斷面清淤，水工建筑物因素改變，故本次分析資料序列采用2012 年～2019 年不同流態(tài)實測資料對樅陽閘率定系數(shù)進行計算并檢驗。

樅陽閘站2012 年～2019 年實測流量資料中，自由堰流74次，淹沒堰流170 次，自由孔流0 次、淹沒孔流120 次，取各流態(tài)實測資料，分別繪制歷年關系綜合線，進行單值化分析，為樅陽閘站流量測驗方式提供技術(shù)依據(jù)。

2.5 多年綜合系數(shù)線的率定分析

分析歷年資料中，閘門開啟孔數(shù)為1～10 孔不等，開啟高度不等或提出水面。自由堰流實測相關因素hu變幅為0.32～2.18；淹沒堰流實測相關因素hl/hu變幅為0.817～0.998；自由孔流實測相關因素hu變幅為0.47～5.10（因樅陽閘自由式孔流出現(xiàn)概率較小，故在本篇中不做分析）；淹沒孔流實測相關因素ΔZ 變幅為0.05～2.72，且測點分布均勻，具有很強的代表性。建立樅陽閘站綜合hu-C、hl/hu-δ、ΔZ-V 相關關系見圖2～圖4。

圖2 2012年～2019 年綜合自由堰流系數(shù)線

圖3 2012 年～2019 年綜合淹沒堰流系數(shù)線

圖4 2012 年～2019 年綜合淹沒孔流系數(shù)線

從圖2～圖4 可以看出，自由堰流綜合關系線相關性顯著，測點基本成帶狀，通過點群中心所得關系線兩邊測點分布均勻，無明顯系統(tǒng)偏差，且測點相對誤差較小。其中淹沒堰流綜合關系線相關因素0.995 下部曲線均勻穩(wěn)定，符合淹沒堰流關系特征。因沿途水頭損失受水工建筑物影響因素不大，故近幾年淹沒式堰流在大淹沒度的測點偏離該線。

2.6 誤差分析

樅陽閘站屬一類精度水文站，流量測驗布置以滿足定線、推求逐日流量和各項特征值為原則。樅陽閘水文站流量測驗設施現(xiàn)有水文纜道、走航式ADCP，適用于所有水位級，其相關因素定線允許誤差依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》，且巡測站定線隨機不確定度可增大2%～4%。

根據(jù)現(xiàn)行誤差檢驗方法，對測驗成果分別進行系統(tǒng)誤差、隨機不確定度計算，進行符號檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗。經(jīng)計算分析，誤差計算成果表見表1～表3。

表1 樅陽閘2012 年～2019 年自由堰流系數(shù)線檢驗成果表

表2 樅陽閘2012 年～2019 年淹沒堰流系數(shù)線檢驗成果表

表3 樅陽閘2012 年～2019 年淹沒孔流系數(shù)線檢驗成果表

2.7 堰閘流量關系曲線精度評價

通過歷年的堰閘流量關系曲線與2012 年～2019 年綜合關系曲線比較計算出相對誤差，參照《水文巡測規(guī)范》第4.5.6條水工建筑物測流及潮流（含感潮）站水力因素或流量系數(shù)相關定線允許隨機不確定度規(guī)定，除自由堰流，樅陽閘水文站歷年系數(shù)關系曲線與歷年綜合系數(shù)線的偏離值超過了規(guī)定的允許誤差，計算結(jié)果見表4。

2.8 徑流年內(nèi)分配分析

根據(jù)樅陽陽閘水文站2012 年～2019 年8 a 實測資料統(tǒng)計結(jié)果可以看出：該站徑流量年內(nèi)分配差異顯著，豐枯特征明顯，該站多年平均徑流量及月分配情況見圖5 和表5。

圖5 樅陽閘水文站多年平均月徑流量分配圖

表4 樅陽閘流量系數(shù)關系曲線誤差統(tǒng)計表

表5 樅陽閘水文站多年平均月徑流量和月分配表

多年平均月徑流量占全年徑流量比例數(shù)值：7 月、8 月和9月權(quán)重較大，分別占比為25.9%、15.7%和15.4%，累計占為56.9%；2 月、4 月和5 月權(quán)重較小，占比分別為2.9%、3.2%和3.3%。從時段統(tǒng)計結(jié)果（見表6）看：1 月～5 月累計徑流量占全年徑流量的比例為24.8%，6 月～9 月累計徑流量占全年徑流量的比例為53.7%，10 月～12 月累計徑流量占全年徑流量的比例為21.6%，10 月～次年5 月累計徑流量占全年徑流量的比例為46.3%。根據(jù)河道徑流量年內(nèi)分配統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，該站主汛期可確定為6 月～9 月，主汛期可根據(jù)閘門變動情況和流態(tài)變化合理安排測次。

表6 樅陽閘站多年月平均不同時段徑流量占年徑流量比例表單位：%

3 結(jié)論

通過以上分析，樅陽閘水文站自由堰流、淹沒堰流、淹沒孔流三種流態(tài)對應《水文資料整編規(guī)范》1 號、2 號、18 號流量計算公式經(jīng)過單值化處理。自由堰流在相關因素上游水頭0 m～2.4 m 變幅范圍相關性比較穩(wěn)定，呈單一線且三線檢驗成果均在系統(tǒng)誤差范圍內(nèi)，可實行校測或間測。淹沒堰流和淹沒孔流誤差分析均不在系統(tǒng)誤差范圍內(nèi)，這兩種流態(tài)在超出的范圍內(nèi)均應按《河流流量測驗規(guī)范》常規(guī)測流,主汛期根據(jù)閘門變動情況和流態(tài)變化合理安排測次。

綜上所述, 從樅陽閘水文站實際情況及相關因素和流量系數(shù)特性分析角度考慮，測站需常年駐站進行常規(guī)監(jiān)測，流態(tài)為自由堰流時，可實行校測或停測；流態(tài)為淹沒堰流、自由孔流和淹沒孔流時，需進行常規(guī)測流。