襄阳水文站上游站水位法推流分析

2018-12-10 05:02

水利水电快报 2018年11期

(长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，湖北襄阳 441000)

自2010年起，襄阳水文站开始运用水平式ADCP测流，以解决该站复杂流态下的流量测验问题。通过多年比测分析，其比测成果合格并投产运用。在水平式ADCP的运用过程中，因仪器故障记录中断情况时有发生，导致在线监测成果不连续，影响流量资料整编。为有效解决这一问题，本文根据上游站水位法确立上游庙岗站与襄阳站流量并建立水位流量关系[1]，同时验算枢纽蓄水后庙岗-襄阳传播时间，推求该站流量过程，以弥补水平式ADCP在线监测的不足。

1 应用上游站水位法的可行性分析

1.1 上游站水位法

上游站水位法是利用抵偿河长原理进行推流的方法之一[2]。所谓上游站水位法，即若在某测流断面上游设有多组水尺，同时收集各组水尺的水位资料，并用试错方法，就可找到一组水尺的水位与测流断面流量呈(或接近)单一关系。

若一河段中断面水位Z中与河段槽蓄量W及出口断面流量Q下三者为单值函数，则此河段的长度，称为抵偿河长。抵偿河长理论计算公式为

L=[△Z0/△Q0]×[Q0/I0]

(1)

式中，L为抵偿河长,km；△Z0为断面水位，m； △Z0/△Q0为稳定流Q0时Z～Q关系曲线的斜率；Q0为稳定时的流量,m3/s;I0为相应于稳定流Q0时的水面比降。

在实际工作中，确定稳定流比较困难，一般多采用试错法来确定L。在试错过程中，当发现各组水尺与测验流量建立的关系仍为绳套，仅幅度变小，说明水尺至测流断面距离小于半个抵偿河长，反之则说明大于半个抵偿河长。采用这一规律，能较快地试算出水位流量关系为单一线的水尺,即选定水尺至测流断面的距离应等于(或接近)半个抵偿河长。

1.2 可行性分析

由上所述，受洪水涨落影响的测站，宜采用上游站水位法定线推流，且要求测验河段基本稳定，测站上游附近无支流入汇，且不受下游变动回水影响[3]。显然，崔家营枢纽蓄水后，襄阳水文站直接采用上游站水位法推流是不妥的。

由图1可知，汉江庙岗至襄阳河段长38 km，其间无支流入汇，且庙岗站在崔家营枢纽蓄水后仍为天然河道。

图1 汉江襄阳河段河势情况

近年来受丹江口大坝加高影响，自2012年以来大坝下游河道处于电站正常调剂出流状态下，因此大坝下游河床变化较小。从图2汉江襄阳水文站大断面变化可见，襄阳水文站河段断面冲淤变化不明显，河库比较稳定。

图2 襄阳水文站历年断面冲淤变化

选取2015年上游庙岗站水位与襄阳水文站水平式ADCP流量进行逐时对比，其中上游站水位变幅为68.41～71.16 m，襄阳水文站断面流量变化范围为237～1 870 m3/s，基本涵盖了上游电站正常调剂出流下的水情。如图3所示，上游站水位与襄阳水文站水平式ADCP所测流量过程上有相近之处，但又受下游电站变动回水影响，变化过程不能严格一致，但时段内平均值可能取得一定精度，可满足该站水量推求需要。

1.3 水平式ADCP精度分析

自2010年开始,襄阳水文站运用水平式ADCP，采用指标流速法推算断面流量。从近几年的应用来看，指标流速关系相对比较稳定，2010～2013年指标流速与实测断面平均流速共比测了57个样本，建立了2010～2013年综合指标流速关系线(见图4)。曲线定线系统误差为0.2%，随机不确定度为10.7%，符合规范要求。

图3 庙岗站水位与水平式ADCP流量逐时过程对照

图4 水平式ADCP指标流速关系

对2015年关系点与综合关系测点进行t检验，检验成果详见表1。

综上所述，应用上游站水位法建立庙岗站水位与襄阳站流量关系的方法可行。

2 相关分析

2.1 庙岗-襄阳传播时间分析

由于受下游电站变动回水影响，不能简单地通过上下游水位相关推求庙岗-襄阳传播时间，只能采用其他方法。从图3可知庙岗站水位与襄阳站流量变化过程相近，不妨采用上游站水位与襄阳站流量相关，通过试错法确定传播时间。根据下游电站蓄水前分析的成果，确定传播时间6，7，8，9 h进行试错(如图5所示)，最后决定采用7 h。