水文站快速流量测验方法研究

水文站快速流量测验方法研究

董道鹏

德州市水文中心

摘要：近年来，水文工程在我国发展的过程中占据着重要地位，同时也对其工作提出更加严格的标准。应用传统流速仪法，通过对流量成果数据中不同垂线点数的分析，对比寻求满足测验精度最简单有效的测验方法，提高测验效率。同时，开展雷达枪测流方法的比测分析，实现不同工作条件下的快速流量测验，有力地缓解了人员少、站点增多、业务量大、测报服务面增多的局面，保障了水文测报时效性，准确性。

关键词：水文站；快速测量测验

引言

在我国经济社会发展过程中，流域水资源数据具有重要的作用，它也是水文数据的主要组成部分之一。影响流量资料质量的因素繁多，不仅包括测验方面的因素，也包括数据加工处理方法等方面的因素。随着技术水平的不断进步和资料整编方式的广泛应用，流量资料处理精度不断提升。当前，人们要重视水文流量测验，加强测量误差的控制。

1常用方法分类

流量是指单位时间内通过河道某一横断面的水体体积。流量测验是掌控江河湖泊水量变化的重要手段，对于水资源规划、防洪减灾具有重要的意义。流量测验方法很多，按测量原理的不同主要分为流速面积法、水力学法、物理法、化学法。流速面积法是通过实测断面上的流速和过水断面面积来推求流量，如常用的流速仪法、比降面积法、浮标法等；水力学法是通过测量水工建筑物的水力因素，并将其代入相应水力学公式测算流量的一种方法；物理法是利用某种物理量在水中的变化来测定流速，并推算流量，如超声波法、电磁法等；化学法则是根据质量守恒定律，将一定浓度已知量的指示剂注入河水中，利用扩散稀释后的浓度与水流的流量成反比，测定水中指示剂的浓度推算流量。

2误差分析与影响

2.1流量测验误差控制分析

（1）在进行河底推移质运行所造成误差控制时，需要降低ADCP的频率。受推移质运动的影响，水体中含沙量会有较大提升，而低频系统的声波具有较强的穿透能力，能够通过降低跟踪脉冲长度来降低甚至消除因为推移质运动所造成的测量误差。若是通过上述措施无法进行有效的误差控制，可通过高精度GPS以及罗径测量船速，一定要要确保差分GPS精度达到亚米级精度，及ADCP外部罗盘要实施精确的标定，同时也要对地磁偏角进行精确测定。除此之外，要确保测船的航速小于或等于河流的平均流速。（2）在对高含沙水流所造成的测量误差控制时，因ADCP高含沙水流中无法正常实施底跟踪以及水深测量，需通过差分GPS进行船速的测量，同时采用回声测深仪实施水深测量。（3）在对不同深度单元尺寸所造成的测量进行误差控制时，在水较深的情况下要采用较大的单元，在水较浅的情况下要采用较小的单元，从而提升实测的范围，也能够增加垂向有效单元数目。（4）在对不同脉冲数据输出所造成的测量误差控制时，要尽可能采用多脉冲数据输出的方式。由于流速以及流量的测量精度和脉冲采样速率平方根成正比，单脉冲数据输出比多脉冲平均数据输出流速和流量测量精度降低大约5/7倍-10/17倍。（5）在对ADCP非实测区表层或者底层流量计量误差控制时，需要通过多次比侧率定指数，要确保不同断面指数分别率定。

2.2水深测量误差对流量的影响

流量测验断面面积由若干部份面积累加得出，部分面积由部份平均水深与测深垂线间距乘积得出。测深垂线间距一般固定不变的，误差可以忽略，面积测量误差主要体现在水深测量上。测深杆测流时读数误差经常出现在观读误差方面。利用测深杆读取水深的正确方法是沿水流垂直方向读取测深杆侧面水流切线出的水深值，而不是读取测深杆迎水面和背水面的读数。否则迎水面雍水会使观读水深高于正常值，背水面涡流导致观读值低于正常值。水深观读误差会引起流速仪入水深度，会产生流速测量误差。所以说水深观测误差会同时产生面积和流速计算误差，共同影响流量计算精度。

3流量测验存在的问题

某水文站属于山溪性河流，洪水暴涨暴落，洪峰历时短暂，水面漂浮物多。若按照河流流量测验规范规定，在正常流量测验中存在测流垂线多、测验时间长、漂浮物过多造成流速仪下放困难等问题。其中由于测流时间较长，测流开始水位与结束水位相差较大，平均水位的相应流量代表性较差，且最高水位的相应流量不易量测，易造成流量测验中误差较大。中泓水面一点法可有效减少流量量测工作量，缩短测量时间，提髙洪水报讯的时效性，在洪水流量测验方法简化中得到广泛的应用。在中泓水面一点法的应用过程中中泓水面系数推算是该方法的重要内容，中泓水面系数的准确性决定了流量测验的准确性，也是中泓水面一点法能否替代流速仪测流方法的决定因素。

4流速测验的误差来源及控制

4.1强化专业人才队伍建设，不断提高工作人员的综合素质

人才队伍建设主要包括两个方面，一是管理人才队伍的建设，二是水文测验专业人才队伍的建设。在这一过程中，要加大水文站改革力度，不断优化和完善管理模式。首先，要定期组织工作人员参与专业技能培训活动，不断提高工作质量和工作效率，做好个人素质教育，强化其责任意识，使工作人员不断积累经验，提高专业操作能力，进而不断丰富工作模式，为水文测验工作的顺利进行奠定扎实基础。其次，要建立完善的水文应急监测机制，为防洪抗险提供人才保障。最后，以完善组织机构为基础，深入了解各个水文站设备管理情况，科学制定应急预案，强化人才队伍建设。

4.2测点流速误差

水站中的常规测流速的历时一般为100s最为合理，特殊条件之下应该采用一点法进行测速，最好是选择0.6或0.5一点法，历时控制在80～30s之间，此时应该根据实际的测量需要来确定测速、测深垂线，以更好的减少测点流速对于测量误差所产生的影响。洪水期间内水位涨落比较大，通过增加测速历时来提升测量精度的方式是不可取的，因为这会导致测流历时的延长，进而导致水位通过近似计算法会导致流量数据存在过大的偏差。

4.3进一步提高水文测验的精准性

当前，人们需要加强对互联网技术的应用，为水文测验结果的准确性提供技术保障，同时及时反馈和分析水文测验误差问题，将其作为典型案例，不断积累经验，为日后工作的开展提供数据参考，保证水文区域差异性、水体差异性两者的动态平衡。水文测验人员需要不断提高专业能力，强化责任意识，提高工作的主动性。首先，要选择有利的气象条件进行水文测验，尽量避免在风浪中进行测量，尤其是深水作业过程中需要注意气象、周边环境对测量的影响。其次，要选择精度较高的仪器设备进行测量，提高水文测验的准确性。最后，要对测验仪器进行定期维护和检查，确保其始终处于正常运行状态，并及时更换老化和故障严重的仪器，避免影响水文测验，减少误差。

结语

水位流量数据是重要的基础数据，应该在实践中采用合理的措施以提升数据测量精度，本文以某水站为案例展开分析，确定测算精度最高的几种措施，以更好的满足水量数据的应用需要，促进我国水利领域的发展和进步。

参考文献

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