丹东地区水文测站水文测验垂线精简分析研究

丹东地区水文测站水文测验垂线精简分析研究
梁卓然1，2，李叶3，于露4
（1.辽宁省水利事务服务中心，辽宁沈阳11003；2.沈阳农业大学水利学院辽宁沈阳110866；3.辽宁省河库管理服务中心（辽宁省水文局），辽宁沈阳11003；4.辽宁省本溪水文局，辽宁本溪11700）
［摘要］文章以龙湾站为实例，对丹东地区水文测验垂线进行精简试验分析。

分析结果表明：在高水位（Z>93.50m)以上，可将龙湾站传统常规测流方法需布设的6条垂线精简到3条或2条，精简后流量测定误差均可满足GB50179-2015《河流流量测验规范》及水文资料整编的要求，垂线精简方案切实可行。

［关键词］水文测验垂线；精简分析；误差分析；龙湾水文站；辽宁丹东
［中图分类号］P335［文献标识码］B
［文章编号］1002—0624（2020）06—0023—03
0引言
按照国家GB50179-2015《河流流量测验规范》规定，水文站常规测验方法要求水面宽小于50m时不少于5条测验垂线，但在高洪测流时，由于需要布设的垂线较多，使得一次测流的时间较长，常错失抢测洪峰时机，测到的流量精度也不够准确[1]。

有多项研究成果表明[2-6]，可结合河流水情特点，对测验垂线进行精简，从而提高测验效率，保障汛期测流的时效性。

丹东地区属于辽宁省暴雨洪水易发区[7]，大部分水文站均位于山区型河流，洪水陡涨陡落，在汛期大洪水期间，对测流的时效性要求较高，为提高丹东地区洪水测验时效性，亟需对其垂线精简方案进行分析，通过测验垂线的精简，既能节省测流时间，又能及时抢测到洪峰流量，保证实测流量成果的精度。

为此本文结合水文测验常用的对比观测试验方式[8-10]，以丹东地区龙湾水文站为研究实例，对该站点的垂线精简方案进行分析，分析精简方案的可行性。

1水文站流量测验垂线的布设原则
《河流流量测验规范》对不同类型水文测站垂线的布设明确了6个原则。

1）垂线精简方式：对于可以进行精简分析的水文测站，以结合其多条垂线进行流量测定的基础上，对其垂线精简分析，从而确定其最优的垂线精简条数。

2）垂线间距比例：为降低不同垂线数目对流量测定系统以及随机误差的影响程度，应合理设置不同垂线的间距，不同垂线的间距与不同水位级下的总的水面宽度之间的比例应该严格按照一类水文站应为7%～10%，二类水文站站应为8%～11%，三类水文站应为9%～12%进行设定。

3）垂线的适当调整：对于宽深比特别大以及河流漫滩较为严重的测流断面，或者是河床组成较为复杂的河流，应适当增加垂线的条数，满足其流量监测精度的需求。

4）垂线的优化布设：对于河流水文情势变化较为剧烈且未进行垂线精简分析的站点，少线少点法不能使用时，应酌量减少垂线的条数；但水面宽小于50m时垂线的条数不应小于5条，应保证其测流精度不低于采用浮标法进行测流的精度。

5）垂线的数目和布设位置：河床不稳定或者河道主流摆动剧烈的水文测站，垂线不宜过少，在流速脉动特别大的区域，应尽量避免布设测速垂线。

在河道主流部分应尽量多布设垂线。

2垂线精简精度评定方法
垂线精简精度评定主要采用误差试验的方
2020年第6期东北水利水电水文水资源
式，首先对精简测验河段地形数据、大断面地形数据、流速分布数据以及水位流量特征的数据进行收集和整理。

其次是制定垂线精简的误差试验方案，流量测验的误差方案应在不同水位级下均匀分布，并在水流较为稳定的条件下进行流量误差试验。

此外，对流量误差试验分析的水位变幅应按照不同类别水文站进行设置，一般而言对于一类精度的水文站，其水位变幅应该小于0.1m，二类和三类精度的水文站，其水位变幅应小于0.3m。

垂线精简下的，一般不同水位级别下测验次数不能小于15次，由于大洪水期间水文测验的精简分析较为困难，则应选择在水流较为稳定的时期进行垂线精简误差试验分析。

不同水面宽度的误差试验精度评定结果见表1。

表1垂线精简精度评定要求
3实例分析研究
3.1测站概况
丹东地区龙湾水文站，位于辽宁省丹东市凤城市大堡镇纪家村，集水面积854km2，代表站流量测验精度为三类精度站。

该站主要监测八道河水文要素，收集积累长期的水文资料系列，承担向国家防总、松辽委、辽宁省防办、丹东市防办报讯任务。

测验河段顺直长约1000m，主流偏左，洪水时比降大、水流急。

基本水尺断面下游约300m处有一处弯道，左岸为砂土缓坡，右岸砂石陡坡，河床为沙卵石组成，历年水位流量关系较为稳定。

3.2断面平均流速与垂线流速相关性分析
根据《水文测验手册》常测法的垂线、测点综合精简的分析的要求，结合该站的断面情况、垂线流速横向分布变化趋势，采用起点距分别为：140，150，160，170，180，190m的垂线流速，分析了6条测验垂线测定流速和断面平均流速之间的相关性，各单条垂线下其流速和断面平均流速的相关性均较好，各垂线相关系数在0.6629~0.9521之间，起点距两者的相关系数影响较低。

在各垂线中，选择相关性较好的2条垂线（160，170m）和3条垂线（140，160，170m）作为垂线精简方案。

3.3精简垂线流速相关性分析结果
分别进行2条和3条测验垂线精简，并对垂线精简后的测定流速和断面平均流速的相关性进行分析，采用2条垂线进行流速测定后，断面平均流速和垂线流速之间的相关系数可达到0.9702，属于高度相关，且均高于起点距分别为160m和170 m的单条垂线下测定流速和断面平均流速的相关性。

可见采用2条垂线进行测验方案精简后，其测定流速能满足精度要求。

采用3条垂线测定后其相关系数虽有所降低，但也在0.9以上，同样属于高度相关，可见采用3条垂线进行方案精简后，其测定的流速同样可以满足水文测验的精度要求。

3.4垂线精简前后误差分析
分别采用起点距160，170m垂线的流速平均值，140，160，170m垂线平均值的线性关系后算得的流量与精测流量相比，其误差符合规定时，即可用垂线的测点流速来代替断面流速的方法测流，并作为常测方法。

结合16份实测流量数据按新测法重新计算流量，统计精简前后数值的相对误差是否超过允许范围，从而确定精简结果。

2条和3条垂线精简方案下的误差分析结果见表2和表3，并对其误差值进行统计分析，结果见表4。

表22条垂线精简方案下的测流误差分析
/m
50≤B≤1200 5≤B≤25
B<25垂线条数
50~60
30~0
>25
0.2，0.80.2，0.6，0.8
精度站
100~60
精度站
60~30
2条垂线
平均流速
/（m·s-1）
1.14
1.31
1.43
1.63
1.74
1.49
1.84
1.88
1.83
2.09
1.95
2.18
2.29
2.16
2.36
2.46
系数
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
0.537
常数
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
0.688
换算后断面
平均流速
/（m3·s-1）
1.30
1.39
1.45
1.56
1.62
1.49
1.67
1.69
1.67
1.81
1.73
1.86
1.92
1.85
1.95
2.01
精简前流量
/（m3·s-1）
42.0
51.2
71.1
81.6
86.1
87.9
113.0
125.0
151.0
183.0
184.0
229.0
274.0
306.0
355.0
514.0
精简后流量
/（m3·s-1）
41.6
53.2
69.1
78.9
84.3
90.1
116.0
128.0
147.0
177.0
178.0
227.0
276.0
314.0
354.0
519.0
误差值
/（%）
1.05
-3.67
2.84
3.43
2.19
-2.40
-2.63
-2.28
2.92
3.28
3.17
0.71
-0.64
-2.45
0.39
-0.90
水文水资源东北水利水电2020年第6期
龙湾水文站为三类精度站点，按照GB50179-2015《河流流量测验规范》对三类精度站点流量允许误差的要求，采用2条垂线和3条垂线进行测验方案精简后，其流量误差均可满足允许误差5%的要求，从表2，3中还可看出，采用2条垂线进行方案精简时，对比观测误差均值为±2.18%，而采用3条垂线进行精简，其对比观测误差均值为±1.61%，3条垂线精简方案下的精度要好于两条垂线精简方案下的测定精度，但两者精简方式均可满足流量测验允许的误差要求。

由表4可以看出，用140，160，170m等3条垂线平均流速代替断面平均流速算出的流量误差值最小，且其累积频率为50%的误差数值，即可视为系统误差。

根据以上方法统计出的系统误差为1.2%＜2%。

满足了常测法误差界限，即该精简方法切实可行。

4结论
1）丹东地区大部分属于暴涨暴落的山区性河流，洪峰持续时间较短，龙湾水文站在没有经过精简方案的分析之前，水位在93.50m以上，测流垂线需布设6条以上，由于测流时间过长，常错失抢测洪峰时机，测到的流量精度也不够准确。

通过精简分析在高洪应急监测时，可采用垂线分别精简到3条和2条，从而提高测报的时效性。

2）采用垂线精简方法可以降低水文测验人员的工作强度，提高测流效率，在实际测验工作中，若测流断面受大洪水影响发生较大冲淤变化时，还应加密垂线，待测验资料累积到一定程度后，再开展垂线精简分析，制定符合站点实际洪水情况下的常测和简测方案。

［参考文献］
［1］杨惠丽，陈俏艳.ADCP在梧州水文测验中的拓展应用［J］.东北水利水电，2017，35（04）：15-17+59+71.
［2］柳恒，赵明，曲志强，任宝学.简化悬移质输沙率测验方法探讨［J］.东北水利水电,2016,34（07）：60-62.
［3］郑杰.则克台(北岸干渠)站流速垂线精简分析［J］.陕西水利,2016（04）：121-122.
［4］李小明.上林水文站流量测速垂线精简分析［J］.广西水利水电，2013（03）：52-55.
［5］魏玲娜，金宇斌，王文，程嘉宏.水文测验中两种测速垂线精简算法比较研究［J］.人民长江，2019，30（12）：1-7.［6］蓝乾鑫，张晓萍，寇丛东.白霓桥水文(二)站流速垂线精简方案分析［J］.长江工程职业技术学院学报，2015，32
（04）：3-4.
［7］黄锦鑫，程正选，庞甘露，涂盟.陆水流域水文测站测速垂线与测点精简分析［J］.长江工程职业技术学院学报，2009，26（04）：41-43.
［8］姚仕明，卢金友，徐海涛.黄陵庙水文断面垂线流速分布特性研究［J］.长江科学院院报,2005（04）：8-11.［9］张留柱.水文测量误差研究[D].河海大学，2005.［10］张春盛，杨永芹.水文桥测流速垂线布设方案初探［J］.
河南水利，2003（01）：65.
3条垂线平均流速/（m·s-1）
1.26 1.47 1.61 1.66 1.76 1.88
1.97
2.01 1.89
1.90
2.16
1.90
2.16 2.26 2.33 2.37系数
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
0.66
常数
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
0.434
换算后断面
平均流速
/（m·s-1）
1.26
1.41
1.50
1.53
1.60
1.67
1.73
1.76
1.68
1.69
1.86
1.69
1.86
1.93
1.97
2.00
精简前流量
/（m3·s-1）
40.9
51.9
65.2
79.8
84.8
113.0
128.0
148.0
161.0
170.0
229.0
216.0
298.0
302.0
443.0
675.0
精简后流量
/（m3·s-1）
41.6
53.2
66.9
78.9
84.3
116.0
128.0
147.0
158.0
167.0
227.0
222.0
296.0
316.0
451.0
679.0
误差值
/（%）
-1.60
-2.45
-2.54
1.20
0.64
-2.54
-0.01
0.60
1.60
1.96
0.76
-2.55
0.52
-4.33
-1.74
-0.64表33条垂线精简方案下的测流误差分析
表4流量误差统计分析结果
代表垂线
2条（160，170m）3条（140，160，170m）≤±3.0%
/（个数）
21
29
累计频率
/（%）
70
96.70
≤±5.0%
/（个数）
29
30
累计频率
/（%）
96.70
100
2020年第6期东北水利水电水文水资源
［收稿日期]2020-03-09
Discussion on anti-seepage reinforcement measures of earth
and rock dam of Xiasi reservoir
LI Yuan -qi ，CAO Lei -fang
［Abstract ］Based on the example of the Xiasi reservoir project in Wengan County,Guizhou Province,the anti-seepage performance of the project is studied by using Plaxis finite element analysis software.The final scheme is selected from the aspects of cost,seepage stability,durability,construction difficulty and construction reliability.Project tends to run for many years and with silt sand in the front of the dam.project final selection scheme is composite geomembrane anti-seepage above silt elevation,filling grouting under silt dam body height and curtain grouting in dam foundation.This kind of composite impervious body uses both the flexibility of composite geomembrane suitable for dam settlement,the advantages of low cost,and good anti-seepage effect and good durability advantages of grouting technology,avoid digging silt under construction is simple,applied in the dam body seepage and consolidate has great advantage.
［Key words ］danger control and reinforcement ;anti-seepage;anti-seepage of earth and rock dam ;Xiasi reservoir ;Wengan County of Guizhou Province
Simplified analysis of hydrologic test vertical line in hydrology survey station of Dandong area
LIANG Zhuo -ran ,LI Ye ,YU Lu
［Abstract ］Taking Longwan station in Dandong area as an example,the streamline analysis of hydrological survey is simplified.The analysis results show that:above the high water level (Z>93.50meters),the 6vertical lines required by the traditional conventional flow measurement method are reduced to 3or 2and the stream flow errors after the reduction can meet requirements of GB50179-2015Code for liquid flow measurement in open channels and the compilation of hydrological data,the streamlining plan is feasible.［Key words ］hydrological test vertical line ;simplified analysis ;error analysis ;Longwan Hydrological Station;Dandong of Liaoning.
Application of improved TVGM model in flood forecasting of middle
and small rivers in Eastern of Liaoning
YU Lan -lan
［Abstract ］The stations of small and medium-sized rivers in Eastern of Liaoning account for 50%of the total number of the whole Province.The nonlinearity of regional rainfall runoff is significant and the prediction accuracy of traditional linear model is difficult to achieve ideal results.In order to improve the prediction accuracy,the applicability of the improved nonlinear time-varying gain model (TVGM)in the regional prediction is discussed by taking the Qiaotou hydrologic station as an example.The results show that the improved model can reach grade b in the comprehensive evaluation of flood simulation accuracy due to the increase of rainfall intensity and initial soil moisture content,and the runoff depth and flood peak error mean are 13.5%and 9.9%lower than before the model improvement,and the forecast accuracy and forecast period are significantly improved.
［Key words ］improved TVGM model;flood forecast ;Qiaotou hydrological station ;small and medium rivers ;Eastern of Liaoning
Discussion on the revision of De sign Code for Steel Gate in Water Res ources and Hydropower Pr
ojects LI Yu -rong ，REN Hai -xia ，LI Da -wei
［Abstract ］Sl74-2013De sign Code for Steel Gate in Water Res ources and Hydropower Pr rojects was revised and implemented in
2013on the basis of the original sl74-95.As the primary specification for hydraulic metal structure,it is the basic specification for metal structure equipment manufacturing,installation,operation,maintenance,corrosion prevention and other specifications.In order to avoid the possible inconsistent coordination between the relevant specifications,according to the standardization and serialization requirements,it is imperative to merge sl74-2013with SL/T 248-1999Criterion of Water Filling Valve Series for Hydraulic Steel Gate .The technical content of the revised Design Code for Steel Gate in Water Resources and Hydropower Pr rojects is described in detail.The
newly revised SL74De sign Code for Steel Gate in Water Res ources and Hydropower prrojects summarizes the mature engineering experience in recent years,improves the contents of the code,introduces advanced design ideas and methods ，provides a reliable basis for the design of hydraulic steel gate.
［Key words ］steel gate ;code;revision ;water resources and hydropower projects
Water Resources &Hydropower of Northeast No.62020（Total No.431）
si
gn R e s P r P es R si gn P si gn es R P。