受橡胶坝影响的兴安水文站流量测验和整编自动化探索_王庆婵.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）1概况1.1测站基本情况兴安水文站属国家基本水文站，是湘江上游的主要控制水文站。站址位于兴安县分水塘处，即中国古老的跨流域调水工程灵渠枢纽工程的大小天平坝址所在地。湘江属于长江流域湘江水系，发源于广西兴安县白石乡白竹村，至兴安县分水塘，通过跨流域调水灵渠工程铧嘴的分流和大小天平的溢水引湘江水入南、北二渠，南渠水入漓江，北渠水在主槽断面下游回归湘江。湘江于界首出兴安县入全州县，最后汇入洞庭湖。兴安水文站站址上距河源 62 km，下距河口 784 km，集水面积 570 km2。主要测验项目有水位、流量、降水量，其中水位、降水量测验和整编已实现了全自动化。兴安县因古运河灵渠所在地和山清水秀而成为旅游名县，2017年，兴安县为改善旅游人文景观和水生态环境，在县城内湘江河段兴安水文站下游500 m处建成一座橡胶坝，橡胶坝长150 m，堵水时坝高2.63.0 m。1.2测验断面情况兴安水文站测验河段基本顺直，断面形状大致呈“U”型，主河槽宽约120 m，属宽浅型河槽，高水时主泓较稳定，低水时主泓略有变动。河床、左右河岸较稳定。测验断面下游250 m处为急湾道和湘江大桥，可作高水控制，上游约300 m有溢流坝。2橡胶坝建成之前流量测验及资料整编概况橡胶坝建成之前，水流特性为天然河流状态，兴安水文站流量测验方式为：中高水在本站测验断面用缆道流速仪测流，低（枯）水在本站测验断面或上游附近涉水施测。根据水位变化，每年流量测次一般5065次，一般测流集中于洪水期间，有时一场大洪水测次为10次左右。要计算河道流量过程以及河道水量，必须通过建立水位流量关系才能推算，每年通过在线自动整编建立水位流量关系线推流，一般为较稳定的单一线或临时曲线（16条），大洪水有时为逆时针绳套曲线。每年所确定的水位流量关系经检验均符合 水文资料整编规范（SL/T 247-2020）的定线标准。3橡胶坝建成后的影响橡胶坝的建成后蓄放水，一般是在低枯水期，受橡胶坝影响的兴安水文站流量测验和整编自动化探索王庆婵（桂林水文中心，广西桂林541000）摘要兴安水文站是湘江重要监测站点，做好该站的水资源量监测计算工作，对湘江水资源科学调水、水资源保护、生态环境保护等具有十分重要意义。该站下游橡胶坝的建成使用，使测验断面及附近水流特性发生变化，对该站低枯水流量测验和整编工作产生较大不利影响。为实现该站水文测验和资料整编全自动化，并满足整编精度要求，本文分析了橡胶坝建成使用对该站流量测验和整编的影响，并针对该问题，进行了新探索，提出了该站流量测验和整编工作的对策和建议。关键词橡胶坝；流量测验；资料整编；自动化；兴安水文站中图分类号P337文献标识码B文章编号1003-1510（2023）01-0091-05收稿日期2022-12-12作者简介王庆婵（1970-），女，广西灵川人，桂林水文中心工程师，主要从事水文分析预报工作。理论分析与研究 91DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.01.013王庆婵:受橡胶坝影响的兴安水文站流量测验和整编自动化探索由当地管理部门根据旅游景观需要而决定，每月大概有23次连续的蓄放水过程，但具体蓄放水时间和大小不固定。在蓄放水过程中，上游无明显来水情况下，本站也会出现水位1.01.5 m范围内连续不断的变化过程。橡胶坝的建成运行改变了该河流的水流特性，给该站流量测验和整编工作增加困难和较大工作量。3.1水位影响分析该站属于山区性河流，建坝前，丰水期（汛期为38月）水位变化主要受上游降雨和来水量的影响，一般洪水期水位暴涨暴落，枯水期河流水量主要是地下水补给，水位较低，水位变化较小，枯水期该站测验断面平均水深基本上在0.5 m以下，最大水深1.0 m以下。橡胶坝建成后，运行期一般是在低枯水期，因枯水期上游来水量较小，水位变化主要是受下游橡胶坝蓄放水控制的影响，水位变化基本上在1.01.5 m之间，平均水深在0.51.5 m之间（大多时间在1.01.5 m之间）。受橡胶坝影响前后水位过程线图见图1。目前，水位资料收集和整编已实现全自动化。图1受橡胶坝影响前后水位过程线图3.2流量测验影响分析根据实测流量分析，橡胶坝蓄水阶段，水位受回水顶托抬高，水文测验断面所处河段相当于水库库区，在上游无较大来水情况下，水位一般比过去无蓄水影响高11.5 m，水深、水面宽、水道面积变大，水面比降减小，所测流量偏小。在橡胶坝放水阶段，水位下降，由于放水产生水位落差影响，水面比降增大，使过水断面流速相对较大，所测流量相对偏大。蓄水稳定阶段，水流平稳，所测流量大小和自然河流状态差不多。同时，因本站枯季流量较小，枯季流量一般在0.55 m3/s之间。受橡胶坝运行影响，因水位抬高使水流速变小，实测断面平均流速在 0.0200.10m/s之间，河流两岸水流速经常达不到LS78型旋杯低速流速仪的起动转速0.020 m/s的要求，测速时经常出现流速感应信号较弱或测不到的现象，原来测流在垂线相对水深0.6处，目前基本上是在垂线相对水深0.2处才能测到，在测验断面流量测验存在困难，测验工作效率低下，存在部分水量因流速太小而测不到，从而有可能会导致所测流量偏小，影响推算水量成果质量。3.3水位流量关系影响分析目前，本站全年采用水位流量关系临时曲线推求流量过程。低枯水期，橡胶坝建成运行，使原来无橡胶坝控制的水位流量关系受到破坏，水位流量关系比较紊乱，由于流量变化的节点难以掌握，必须增加流量测次，根据 水文资料整编规范（SL/T247-2020）的定线标准，通过分析流量测次分布，确定水位流量关系临时曲线。受影响后为满足定关系线需要，本站在橡胶坝影响之前每年流量测次由5065次增加到65120次，每年的水位流量关系临时曲线数量在橡胶坝影响之前16条，受影响后增加到了2935条，关系线结果显示密集紊乱（见图2）。目前，虽然建立水位流量关系线已有较成熟的软件支持，但由于关系线复杂，定线过程有很多环节仍需要人工来分析、操作、处理才能完成，流量整编自动化程度不高。另外，由于水位流量关系线较多，存在问题复核也不易被发现，增加了人工复核的难度，使水文资料整编增加了很多工作量和难度，也难以保证水文资料整编成果的质量。92广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）图22019年全年水位流量关系线图3.4受橡胶坝影响的流量整编新探索针对以上全年采用水位流量关系线法推流，由于线太多出现关系线结果显示密集紊乱现象，笔者进行了受橡胶坝影响的流量整编新探索，即分为不受橡胶坝影响和受影响两种情况，分别采用两种不同的流量整编方法推算流量。考虑2019年812月均为低枯水时间较长情况，现以2019年为例作对比分析，2019年全年实测流量测次为127次，其中低枯水期受橡胶坝影响812月共有67测次。17月采用建立水位流量关系线法推流，812月采用连实测流量过程线法推流。相对于全年采用水位流量关系线法推流，新的推流方法，通过整编软件自动化整编后，水位流量关系线由原来的29条减少为13条（见图3）。两种推算流量方法推算的流量过程线高度吻合（见图4）。月平均流量（见表1）对比发现，因11月实测流量较少推算月平均流量误差较大，其他月份和年径流深误差基本上在10%以内，说明本站采用连实测流量过程线法，推求受橡胶坝影响流量过程的方法是可行的。由此可见，只要流量测验能控制流量变化的节点布置流量测次，并且相应增加流量测次，能控制流量变化过程，本站即可以采用连实测流量过程线法的自动化整编，从而使流量整编满足 水文资料整编规范（SL/T247-2020）的要求。图32019年水位流量关系图（812月连实测流量过程线法）图42019年两种推流方法推求的流量过程线对比图93王庆婵:受橡胶坝影响的兴安水文站流量测验和整编自动化探索表12019年橡胶坝运行时期两种推流方法推算月年平均流量对比表项目水位流量关系线法推流月平均流量/（m3/s）连实测流量过程线法推流月平均流量/（m3/s）当月实测流量测次相对误差/%橡胶坝运行月份8月5.385.921510.09月3.433.39201.110月3.223.24100.611月3.035.07367.012月3.704.18813.0年径流深/mm1 503.21 517.21270.94对策探讨和建议4.1中高水期由于中高水期橡胶坝基本上不运行，即使运行对流量测验影响也很小，可以按照原有的测验方式方法，建立水位流量关系推算流量。建议在本断面附近找到合适位置同时安装使用雷达测流系统或固定式ADCP等流量测验自动监测方法，通过几种测验方法比测分析，经过精度评定后，如果能满足测验精度要求即可实施。流量推算采用自动化连续监测的瞬时流量，通过连实测流量过程线法，推求流量过程，使中高水实现流量测验和整编自动化。4.2低枯水期首先，改进测验方式。橡胶坝一般都是在低枯水时运行，针对低枯水不受橡胶坝影响时水位低流量小特性，利用现在交通工具便利条件，可以改进测验方式，由在本站测验断面采用缆道流速仪测流方式改为巡测的方式，可以到本站上游找较窄浅临时断面测流，根据流域上游降水或来水情况增加测次，获得流量测验成果后，采用连实测流量过程线法，推求流量过程。其次，注意加强与橡胶坝管理部门沟通联系，及时掌握橡胶坝运行状况，及时掌握流量变化的节点布置流量测次，并尽可能在稳定流状态布置测次。同时充分利用新技术、新设备、新仪器来满足低流速流量的测验要求，可以用低速分辨率较高的走航式ADCP在本站断面用缆道缓慢拖行施测。考虑因受橡胶坝影响时流速低流量小特性，建议将新技术、新设备、新仪器在稳定流状态下所测流量结果和以上测验精度较高的流速仪测验方法进行同步比测，经精度对比分析合格后方可使用。获得流量测验成果后，采用连实测流量过程线法，推求流量过程。另外，结合中高水流量测验安装的超声波时差法或固定式ADCP自动化监测方法，将受橡胶坝运行影响的低枯水监测到的小流量，通过和以上对比监测结果，经过精度评定后，如果能满足测验精度要求即可实施。流量推算采用自动化连续监测的瞬时流量，通过连实测流量过程线法，推求流量过程。5结语从水文工作服务于社会经济的大局考虑，对于受下游橡胶坝影响的流量测验和整编问题，完全可以采取相应的对策和办法来解决。流量测验方面，可以通过改进测验方式方法，注意加强与橡胶坝管理部门沟通联系，及时掌握橡胶坝运行状况，并根据需要，及时掌握流量变化的节点来布置流量测次；同时可以使用新技术、新设备、新仪器，提高或实现流量测验自动化，以解决受下游橡胶坝影响的流量测验问题。流量整编方面，根据情况选择采用符合 水文资料整编规范（SL/T 247-2020）精度要求的精简化方法进行流量资料整编，逐步实现流量资料整编自动化，以减少不必要的人力浪费，提高工作效率，确保水文资料的科学、可靠、完整。不断提升水文资料在线自动整编能力，使水文测验和资料整编不断提升自动化程度。（责任编辑：刘征湛）94广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（1）Exploration of automatic flow measurement and compilation forXingan Hydrological Station offected by rubber damWANG Qing-chan(Hydrology Center of Guilin City,Guilin 541000,China)Abstract:Xingan Hydrological Station is a key station of Xiangjiang River.The water resources monitoring and calculation of this station is ve