（山東省煙臺(tái)市水文局 煙臺(tái) 264001）

1 前言

1.1 流域概況

臧格莊水文站位于清洋河流域大沽夾河西支流，棲霞市臧家莊鎮(zhèn)臧家莊村，東經(jīng)120°59＇，北緯37°28＇。流域形狀呈扇形，斷面以上流域面積458km2，干流長(zhǎng)度30.5km，流域平均寬度15.0km。干流長(zhǎng)度28.7km，干流平均坡度4.33‰。上游20公里處1961年1月建成庵里中型水庫(kù)一座，基本斷面以下約300m 有山東河匯入，下游約28km 有大型水庫(kù)門(mén)樓水庫(kù)。

臧格莊水文站流域降水年內(nèi)分配不均勻，多年平均降雨量為667.6mm，年最大降水量為1177.7mm，年最小降水量為344.0mm，極值比3.4。臧格莊水文站的徑流主要由大氣降水補(bǔ)給，上游中型水庫(kù)庵里水庫(kù)流域面積較小，故該站徑流隨時(shí)間的變化過(guò)程十分復(fù)雜，尤其在汛期，但徑流變化特點(diǎn)與降水相似。臧格莊站多年平均徑流量為0.733 億m3，汛期6—9四個(gè)月平均徑流深占全年的80%。

該流域?qū)贃|亞季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，氣候溫和，四季分明。多年平均氣溫11.5℃，七、八月份最高，達(dá)38℃，最低溫度-17.3℃，年無(wú)霜期222 天，歷年最大凍土深0.5m，平均風(fēng)速4.5m/s。多年平均蒸發(fā)量1186.5mm，4—6月達(dá)475.7mm，占全年蒸發(fā)量的40.1%。氣候特點(diǎn)是：春季常刮大風(fēng)，多以西南風(fēng)為主，空氣相對(duì)干燥；夏季麥?zhǔn)涨昂蟀橛斜?zāi)害天氣，汛期濕熱多雨且降水集中，時(shí)有臺(tái)風(fēng)登陸，形成暴雨洪水；秋季天氣涼爽，風(fēng)向較亂，個(gè)別年份甚至有連綿陰雨發(fā)生；冬季干冷、雨雪稀少，多北風(fēng)或西北風(fēng)。

流域內(nèi)山丘區(qū)占80%，丘陵區(qū)占20%，土壤主要為砂壤土及壤土，其次為砂土，土壤透水性較好，植被覆蓋率達(dá)30%左右。斷面以上流域內(nèi)20%為丘陵地，一般高程在50～200m 之間，無(wú)較大山峰，最高約在400 米左右。地勢(shì)呈西南高東北低之勢(shì)，平原多分布在中下游，為河谷沖積淤積平原。臧格莊水文站附近河道為山間河谷平原，由河流沖洪積物組成,巖性為砂礫石，顆粒上細(xì)下粗,厚度7～15m。庫(kù)岸斜坡由粉質(zhì)粘土組成，周?chē)鹆甑貛Щ鶐r裸露，屬變質(zhì)巖類(lèi)，巖性為下元古代粉子山群大理巖、變粒巖及長(zhǎng)石石英巖。臧格莊水文站屬于為膠東半島區(qū)域代表站，門(mén)樓水庫(kù)的入庫(kù)站，測(cè)驗(yàn)精度三類(lèi)站，亦為中央報(bào)汛站。

1.2 流量測(cè)驗(yàn)方法

根據(jù)汛期測(cè)洪方案，下游橡膠壩未升壩且水位＜6.00m 時(shí)采用基下220m 作為測(cè)流斷面，水位≥6.00m 時(shí)使用水文纜道測(cè)流，流速用旋槳流速儀采用懸索懸吊方式一點(diǎn)法施測(cè)，水深用基本水尺斷面測(cè)量。目前臧格莊水文站流量測(cè)驗(yàn)懸索位置常規(guī)為起點(diǎn)距30.0m、50.0m、70.0m、90.0m、110m、130m 六條測(cè)速垂線(xiàn)，高水位時(shí)增加起點(diǎn)距10.0m、150m、170m 三條測(cè)速垂線(xiàn)。

2 2017年汛期水情

2.1 雨情

2017年8月3 日0 時(shí)至8月5日8 時(shí)，受臺(tái)風(fēng)“海棠”減弱后的低壓環(huán)流影響和冷暖空氣共同影響，清洋河流域出現(xiàn)一次強(qiáng)降水過(guò)程，如表1所示。

最大降雨主要集中在8月3日，五分鐘雨強(qiáng)較大的點(diǎn)有百佛院雨量站2mm/min，鄧格莊雨量站1.4mm/min。

2.2 來(lái)水情況

表1 臧格莊水文站流域內(nèi)各雨量站降雨情況表（單位：mm）

受強(qiáng)降雨影響，清洋河流域形成超滲產(chǎn)流，河道內(nèi)迎來(lái)一次較大洪水，臧格莊水文站實(shí)測(cè)流量如表2所示。

2.3 洪峰施測(cè)過(guò)程

施測(cè)時(shí)間2017年8月3日16時(shí)0分至16時(shí)40分(平均: 2017年8月3日16時(shí)20分)，開(kāi)始水位6.75m，結(jié)束水位7.58m。對(duì)應(yīng)水道斷面面積為303 m2、430 m2，水位變化引起的面積變化大于5%，改用加權(quán)平均法計(jì)算相應(yīng)水位為7.26m。

2.4 存在問(wèn)題及原因

2013年汛期結(jié)束后，清洋河未有明顯來(lái)水過(guò)程，今年首次來(lái)水漂浮物較多，流速儀入水后極易被水草等漂浮物纏繞，雖然在施測(cè)過(guò)程中采用縮短測(cè)點(diǎn)流速施測(cè)歷時(shí)、漂浮物間隙下降、上提鉛魚(yú)等措施，但仍然無(wú)法避免水草纏繞問(wèn)題。每個(gè)測(cè)點(diǎn)流速施測(cè)前后，水文纜道行車(chē)需重新回到河堤，人工清除纏繞水草，直接導(dǎo)致施測(cè)過(guò)程歷時(shí)較長(zhǎng)，從而使得水位變幅劇烈，一次測(cè)流起訖時(shí)間內(nèi)，水位的漲落差大于平均水深的20%，測(cè)驗(yàn)精度較低。

因此，若汛期第一次較大洪水發(fā)生且漂浮物較多時(shí)，其漲水過(guò)程的流量測(cè)驗(yàn)應(yīng)采用其他測(cè)流方法進(jìn)行。

3 關(guān)系分析與檢驗(yàn)

3.1 中泓浮標(biāo)法與代表垂線(xiàn)法比較

河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范規(guī)定：當(dāng)洪水漲落急劇，洪峰歷時(shí)短暫，不能用均勻浮標(biāo)法測(cè)流時(shí)可用中泓浮標(biāo)法測(cè)流。用中泓浮標(biāo)法測(cè)流，應(yīng)在中泓部位投放3～5 個(gè)浮標(biāo)，浮標(biāo)位置臨近，運(yùn)行正常，最長(zhǎng)和最短運(yùn)行歷時(shí)之差不超過(guò)最短歷時(shí)10%的浮標(biāo)應(yīng)有2～3 個(gè)。中泓浮標(biāo)法測(cè)流除測(cè)流速度快、易操作等優(yōu)點(diǎn)之外，需合理確定中泓浮標(biāo)系數(shù)，準(zhǔn)確是關(guān)鍵，它決定了流量測(cè)驗(yàn)的精度。確定浮標(biāo)系數(shù)的實(shí)驗(yàn)一般為中泓浮標(biāo)與流速儀法同時(shí)測(cè)速的實(shí)驗(yàn)比測(cè)法，以確定中泓浮標(biāo)系數(shù)。

測(cè)流斷面代表垂線(xiàn)法可縮短單次測(cè)流過(guò)程歷時(shí)，控制水位急劇上漲以及峰谷轉(zhuǎn)折點(diǎn)等情況下流量測(cè)驗(yàn)的精度。相比中泓浮標(biāo)法在流速施測(cè)的可靠性及可操作性更強(qiáng)，且根據(jù)本站現(xiàn)有的流量測(cè)驗(yàn)手段即可滿(mǎn)足。綜合比較，中泓浮標(biāo)法需要確定基線(xiàn)長(zhǎng)度、制作浮標(biāo)、實(shí)驗(yàn)確定浮標(biāo)系數(shù)，而流速代表垂線(xiàn)法則簡(jiǎn)便易行，并較為可靠，應(yīng)選為特殊情況下的替代方案。

表2 臧格莊水文站實(shí)測(cè)流量情況表

圖1 臧格莊水文站30.0m 垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖

圖2 臧格莊水文站50.0m 垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖

圖3 臧格莊水文站70.0m 垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖

圖4 臧格莊水文站90.0m 垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖

圖5 臧格莊水文站110m 垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖

圖6 臧格莊水文站130m 垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖

3.2 代表垂線(xiàn)的分析確定

根據(jù)臧格莊水文站近年來(lái)水位在6.00m 以上基本水尺斷面使用纜道測(cè)流的50 次流量測(cè)驗(yàn)記錄。選取起點(diǎn)距30.0m、50.0m、70.0m、90.0m、110m、130m六條垂線(xiàn)的垂線(xiàn)平均流速與斷面平均流速相比較，得出110.0m 垂線(xiàn)平均流速的線(xiàn)性相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為0.95，二者密切相關(guān)（見(jiàn)圖1～6）。

3.3 三種檢驗(yàn)

3.3.1 符號(hào)檢驗(yàn)

K=24，n=50，計(jì)算得u=0.141。

當(dāng)給定顯著水平α=0.25 時(shí)，u1-α/2=1.15，

u ＜u1-α/2，接受假設(shè)。

3.3.2 適線(xiàn)檢驗(yàn)

K=24，n=50，計(jì)算得u=0。

當(dāng)給定顯著水平α=0.10 時(shí)，u1-α=1.28，

u ＜u1-α，接受假設(shè)。

3.3.3 偏離數(shù)值檢驗(yàn)

當(dāng)給定顯著水平α=0.10 時(shí)，t1-α/2=1.67，t ＜t1-α/2，接受假設(shè)。

3.4 適用范圍及使用方法

根據(jù)上述檢驗(yàn)確定代表垂線(xiàn)法公式為：

V斷=（V110＋0.0341）/1.166

V斷—斷面平均流速

V110—代表垂線(xiàn)平均流速

流速范圍0.8～2 m/s，當(dāng)代表垂線(xiàn)平均流速不在此區(qū)間內(nèi)不適用該公式簡(jiǎn)化計(jì)算。

圖7 臧格莊水文站2017年基本水尺斷面大斷面圖

根據(jù)實(shí)測(cè)大斷面成果以及水位計(jì)算相應(yīng)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，二者相乘即可得臧格莊水文站單次流量測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)。臧格莊水文站2017年大斷面圖如圖7所示。

4 結(jié)語(yǔ)

采用代表垂線(xiàn)法施測(cè)斷面平均流速，可將簡(jiǎn)測(cè)法的多條測(cè)速垂線(xiàn)再次簡(jiǎn)化至1 條，故施測(cè)流量過(guò)程所用的時(shí)間可以大大縮短，既可以完成流速的測(cè)定，又減小了因水位暴漲而增加的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e誤差，保證了搶測(cè)洪峰流量過(guò)程的測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)，同時(shí)可以節(jié)省人力，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，在測(cè)站有大量漂浮物時(shí)確保了流量測(cè)驗(yàn)精度，強(qiáng)化了時(shí)效性