白西輝 何文權(quán)

(新疆金溝河流域管理處 沙灣 832100)

1 金溝河流域概況

金溝河流域位于新疆塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)，地處天山山脈的北支依連哈比爾尕山北麓西側(cè)，北望準(zhǔn)噶爾盆地，東以瑪納斯河為鄰，西與巴音溝河相伴，地理位置介于東徑 85°23'～85°52'，北緯 44°11'～44°37'之間。流域面積2933km2，地勢(shì)為東南向西北傾斜，坡降在1/1000～2/1000之間，海拔為:600～420m，地形比較平坦。金溝河為冰川融雪型河流，多年平均徑流3.08億m3，是北疆地區(qū)的典型山溪性河流。金溝河上游無(wú)控制性樞紐，河水受融雪及暴雨影響日流量變化大，河流流經(jīng)之地基本上是第三系和第四系沖、洪積沉積物，植被差，大量泥沙隨暴雨洪水進(jìn)入河道，據(jù)有關(guān)資料顯示，金溝河多年平均輸沙總量在70萬(wàn)～80萬(wàn)t，平均每方水中就攜帶有2.5kg泥沙。

金溝河引水渠系采用費(fèi)爾干式引水排砂樞紐設(shè)計(jì)，渠道采用現(xiàn)澆混凝土防滲，斷面形式為梯形。金溝河渠首測(cè)流斷面共有4處，其中引水總干渠設(shè)上干、下干及西干渠校測(cè)斷面3個(gè)測(cè)流斷面，其中上、下干斷面使用均在10年以上，測(cè)流數(shù)據(jù)資料每年均進(jìn)行系統(tǒng)整編。

2 金溝河水情變化特點(diǎn)

金溝河來(lái)水量主要受融雪及降雨影響，從全年分布看，可分為冬(春)枯水期、汛期、秋枯期階段;根據(jù)日來(lái)水量變化特點(diǎn)，可以分為漲水階段和落水階段。冬、春枯水期為11月中旬至翌年5月上旬，期間水量基本保持平衡，約4～6m3/s。進(jìn)入5月下旬，隨著氣溫回升及氣候變化，水量逐漸增長(zhǎng)，6～8月為汛期，時(shí)間持續(xù)約兩個(gè)月以上，汛期流量主要受暴雨、融雪影響，變化很大，最大洪峰流量曾達(dá)540m3/s(2003.7.17)，主汛期正常來(lái)水量在30～60m3/s之間。進(jìn)入9月以后隨著氣溫下降，河流來(lái)水量逐漸減少，從15～20m3/s減至10m3/s以內(nèi)。

金溝河日水量變化受各時(shí)期水流速、流量及流程影響(暴雨型洪水除外)，漲落時(shí)間保持穩(wěn)定規(guī)律。冬季河流水量在凌晨1點(diǎn)左右達(dá)峰值，上午11點(diǎn)左右回落，下午16時(shí)前后達(dá)到低谷。此后，隨著氣溫回升，漲落水時(shí)間逐漸提前，至主汛期河流來(lái)水晚23時(shí)左右達(dá)到峰值，上午11時(shí)以后逐漸下降。

3 流速儀法測(cè)流在金溝河的應(yīng)用

金溝河渠首引水總干渠引水量受河流來(lái)水和下游灌區(qū)需水影響，最大引水量在35m3/s左右，最小引水量在(可測(cè)水量)2m3/s左右。受季節(jié)及大河水量變化的影響，干渠水流量、流速等呈動(dòng)態(tài)變化，同一斷面相同水位在不同時(shí)段使用流速儀測(cè)流結(jié)果不盡相同。

3.1 金溝河引水總干渠測(cè)水?dāng)嗝鎸?shí)測(cè)流速流量特點(diǎn)分析

以金溝河一號(hào)下干測(cè)水?dāng)嗝鏋槔?，斷面為梯形斷面，水尺形式為邊坡斜面水尺。從多年?shí)測(cè)流量成果分析結(jié)果上可以得出以下規(guī)律:?全年看，同水位流速變化呈春冬兩季慢、夏季快的特點(diǎn);?從汛期日24小時(shí)段看，同水位流速變化呈上午快下午慢的特點(diǎn);?從大河漲落水分析，同水位流速變化呈現(xiàn)漲水時(shí)段變快、落水時(shí)段減慢的特點(diǎn)。因此，金溝河引水干渠多年來(lái)在測(cè)配水中一直無(wú)標(biāo)準(zhǔn)完整流量對(duì)照曲線，一定程度上影響到了引配水工作的精密度。在使用流速儀法測(cè)流的過(guò)程中就需要更加精確地分析測(cè)流誤差，提高測(cè)流精度。

3.2 金溝河引水總干渠測(cè)水?dāng)嗝媪魉賰x法測(cè)流誤差分析

金溝河引水總干渠測(cè)水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝?、邊坡斜面水尺、人工觀測(cè)水尺水位，流速儀法測(cè)流。測(cè)流中引起誤差的原因主要有水尺觀測(cè)誤差影響、水深測(cè)量誤差影響、測(cè)水時(shí)段誤差影響、流速儀操作誤差影響等。

3.2.1 水尺觀測(cè)誤差影響分析

水尺觀測(cè)是流量測(cè)驗(yàn)最基本的一個(gè)環(huán)節(jié)，水尺水位觀測(cè)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到測(cè)流的精度。對(duì)其誤差來(lái)源進(jìn)行有效的分析，在工作中盡可能地減少水位誤差的影響，對(duì)流量測(cè)驗(yàn)有著重要的意義。

通過(guò)實(shí)測(cè)環(huán)節(jié)的分析，引起觀測(cè)誤差的主要原因有以下4個(gè)方面:?觀測(cè)人員視線與水面不平行;?水面波浪影響;?水尺附近有其他障礙物的阻水、壅水影響;?水位變幅較大，觀測(cè)時(shí)間過(guò)短，讀數(shù)缺乏代表性。

要減少水尺觀測(cè)誤差，需要對(duì)癥下藥。?觀測(cè)水尺讀數(shù)時(shí)，觀測(cè)人員視線應(yīng)盡量與水面平行，且正視水尺;?觀測(cè)水尺前應(yīng)及時(shí)清除水尺附近的障礙物;?水面風(fēng)浪較大時(shí)避免實(shí)施觀測(cè)，對(duì)正常波浪的影響要采取多次觀測(cè)取值，讀數(shù)時(shí)則應(yīng)讀記波浪的峰頂和谷底截于水尺上的兩個(gè)讀數(shù)，記取其平均值，或等到水面出現(xiàn)瞬時(shí)平靜時(shí)，讀其截于水尺上的一個(gè)讀數(shù)，這樣連續(xù)觀測(cè)2～3次，取其均值;?做好觀測(cè)水位和測(cè)點(diǎn)水深的比較。經(jīng)過(guò)對(duì)總干渠3年的資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)有90%的邊坡水位和最近的測(cè)點(diǎn)測(cè)得的水深相差1～2cm，如發(fā)現(xiàn)相差超過(guò)范圍，就應(yīng)再次認(rèn)真觀測(cè)，是否有讀錯(cuò)的情況。

3.2.2 水深測(cè)量誤差分析

金溝河干渠坡度較大，水流速大，受渠道走向及渠首平整度的影響，測(cè)流斷面各測(cè)深點(diǎn)水位不盡相同，施測(cè)水深時(shí)造成的誤差直接影響到流量結(jié)果。避免產(chǎn)生測(cè)深誤差可采取以下辦法:?合理布置測(cè)深點(diǎn);?測(cè)桿使用時(shí)應(yīng)避免抓握過(guò)緊，讓其自然下垂，避免橫向變位;?測(cè)量水深時(shí)要一快二慢，測(cè)桿探底時(shí)要垂直、快速，量水面時(shí)要稍慢，讓測(cè)桿底與水面輕微接觸，如果有波浪變幅，要經(jīng)歷2～3個(gè)波峰波谷，取其平均值。

3.2.3 測(cè)水時(shí)段誤差影響分析

針對(duì)多年金溝河干渠測(cè)流結(jié)果的分析，不同測(cè)流時(shí)段同水位流速呈現(xiàn)變化規(guī)律，因此，在測(cè)流時(shí)機(jī)的選擇上注重避免在不同時(shí)段水位上施測(cè)，做到:?避免在大河水量變化較快或調(diào)閘時(shí)間進(jìn)行測(cè)流;?測(cè)流時(shí)間選擇每日11～12時(shí)水量較為平穩(wěn)的階段;?測(cè)流時(shí)間控制在15～20min內(nèi)完成，盡量縮短測(cè)流過(guò)程，減少流量變化影響。

3.2.4 流速儀法測(cè)流的誤差來(lái)源及減少的辦法

流速儀法測(cè)流的誤差來(lái)源除人工水尺觀測(cè)和水深測(cè)量、測(cè)流時(shí)段選擇影響外，還有以下因素:?測(cè)點(diǎn)定位誤差;?流向偏角導(dǎo)致誤差;?紊流導(dǎo)致的誤差;?流速儀軸線與流向不平行導(dǎo)致的誤差;?停表計(jì)時(shí)的誤差。

因此，在實(shí)際測(cè)流過(guò)程中要注重采取以下措施:?減少起點(diǎn)距誤差，快速用測(cè)桿量取，在測(cè)量的過(guò)程中應(yīng)盡量使測(cè)桿與測(cè)橋保持垂直，量2～3次，取平均值?；蛘哂眯∈M(jìn)行吊測(cè)，手盡量與測(cè)橋保持垂直，量2～3次，取平均值，嚴(yán)禁斜桿測(cè)量;?減少水深測(cè)量誤差，當(dāng)水面起伏較大時(shí)，對(duì)于穩(wěn)定斷面(或沖淤斷面渠底較平整時(shí))每條垂線的水深應(yīng)連測(cè)兩次，當(dāng)兩次測(cè)得的水深差值不超過(guò)最小水深值的2%時(shí)，取兩次水深讀數(shù)的平均值;超過(guò)時(shí)，應(yīng)增加測(cè)次，取符合限差2%的兩次測(cè)深結(jié)果的平均值;當(dāng)多次測(cè)量達(dá)不到要求時(shí)，可取多次測(cè)深結(jié)果的平均值;?減少測(cè)點(diǎn)定位誤差的方法:如測(cè)深桿底盤(pán)至安裝儀器之間有固定距離，則測(cè)點(diǎn)深應(yīng)加此固定距離，均從水面往下在現(xiàn)場(chǎng)推算。特別是在沖淤斷面測(cè)流時(shí)，測(cè)量坡腳時(shí)應(yīng)加減托盤(pán)的半徑;?減少流向偏角導(dǎo)致的誤差的方法:流速儀應(yīng)平行于測(cè)點(diǎn)當(dāng)時(shí)的流向，當(dāng)采用固定測(cè)桿測(cè)流時(shí)，測(cè)桿一端應(yīng)裝有底盤(pán)，盤(pán)下應(yīng)有尖頭，以保持儀器的水平和水深觀讀正確;?減少停表計(jì)時(shí)誤差的方法:定期對(duì)停表進(jìn)行檢查。具體辦法為:擰緊發(fā)條嵌動(dòng)頭部表針開(kāi)始走動(dòng)，試驗(yàn)其運(yùn)行、停止和歸零情況，與24h誤差小于0.5min帶秒針的鐘表校對(duì)10min，誤差小于3s認(rèn)為可使用。停表的起止應(yīng)和響鈴的起止相一致。

3.2.5 測(cè)流結(jié)果應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校核、點(diǎn)繪和分析

在測(cè)流結(jié)束后，及時(shí)做好結(jié)果分析，對(duì)發(fā)現(xiàn)測(cè)流誤差、提高測(cè)流精度有著重要作用。金溝河水文測(cè)驗(yàn)工作中強(qiáng)調(diào)“五隨”制度。即隨測(cè)、隨算、隨校核、隨點(diǎn)繪、隨分析。經(jīng)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，及時(shí)對(duì)測(cè)流成果進(jìn)行校核、點(diǎn)繪和分析，可以保證原始資料的正確、可靠，及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)驗(yàn)工作中的問(wèn)題、缺點(diǎn)和錯(cuò)誤;隨時(shí)查清實(shí)測(cè)流量的變化與有關(guān)水力因素或其他相關(guān)因素之間的因果關(guān)系，摸清測(cè)站特性，保證資料整理工作方法正確，并盡可能簡(jiǎn)化;探求精簡(jiǎn)測(cè)驗(yàn)工作量的可能性，合理地調(diào)整測(cè)驗(yàn)工作方案;提供在計(jì)算實(shí)測(cè)流量時(shí)正確選用各種系數(shù)的方法和數(shù)據(jù)。

3.3 常見(jiàn)問(wèn)題分析

3.3.1 常見(jiàn)的問(wèn)題

a.對(duì)于固定的常測(cè)斷面，隨著時(shí)間的推移，工程條件發(fā)生了改變，但測(cè)流時(shí)仍沿用以前的工程資料。如總干渠渠底寬度2011年比2010年增加了10cm，如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)對(duì)測(cè)流面積產(chǎn)生較大的影響。

b.測(cè)流前后未對(duì)斷面前后的工程情況、水流情況等進(jìn)行認(rèn)真觀察，導(dǎo)致不能對(duì)測(cè)流成果進(jìn)行科學(xué)地分析。

c.未觀察水中有無(wú)大的漂浮物、雜草等，易出現(xiàn)儀器損壞及安全生產(chǎn)事故。如在2010年總干渠的測(cè)流中有水中電纜纏繞儀器的現(xiàn)象，由于測(cè)流人員多加之人員身體素質(zhì)好，把住了測(cè)桿，雖造成測(cè)桿嚴(yán)重變形，幸好未發(fā)生安全生產(chǎn)事故。

d.在測(cè)流前沒(méi)有對(duì)儀器進(jìn)行完好性和靈敏性檢查，由于儀器本身的原因(如槳頭旋轉(zhuǎn)不靈敏、儀器進(jìn)沙等)影響了測(cè)流的精度。

e.由于對(duì)測(cè)流時(shí)間沒(méi)有正確把握而影響測(cè)流精度。如正確測(cè)流時(shí)間應(yīng)該是從測(cè)水邊開(kāi)始，到最后點(diǎn)流速測(cè)量完成時(shí)的時(shí)間，而在測(cè)流中常常會(huì)出現(xiàn)以計(jì)算完成時(shí)間為測(cè)流的結(jié)束時(shí)間，從而影響了流量測(cè)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

3.3.2 解決辦法

a.每年對(duì)坡腳、水尺等基本工程資料進(jìn)行校核。每年在放水前應(yīng)用鉛錘對(duì)坡腳進(jìn)行校核;用水準(zhǔn)儀對(duì)邊坡水尺進(jìn)行校核，確保工程資料的準(zhǔn)確性。

b.在測(cè)流前，應(yīng)對(duì)斷面前后的工程情況、水流情況、泥沙含量等進(jìn)行初步判斷并記錄在案，為測(cè)流成果的科學(xué)分析提供依據(jù)。

c.測(cè)流的過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻觀察水中是否有大的漂浮物，如樹(shù)根等，還應(yīng)注意是否有大量的草、纖維等易纏繞物質(zhì)，以免損壞儀器或纏繞漿頭。如出現(xiàn)上述情況，應(yīng)立即拔出測(cè)桿停止測(cè)流，等漂浮物流過(guò)斷面后再次重新進(jìn)行測(cè)流。

d.測(cè)流前檢查設(shè)備的完好性。主要檢查流速儀(旋漿、身架、尾翼)部件是否齊全并在指定位置;檢查懸槳式流速儀的附屬設(shè)備是否齊全;檢查儀器及附屬設(shè)備的性能。

e.測(cè)流時(shí)應(yīng)做到三同時(shí)，即測(cè)量水邊的同時(shí)，看邊坡水位，記錄測(cè)流開(kāi)始時(shí)間。最后一個(gè)測(cè)點(diǎn)流速測(cè)量完成的同時(shí)，看結(jié)束時(shí)的邊坡水位，記錄測(cè)結(jié)束時(shí)間。在測(cè)流的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)顧此失彼、估讀、估計(jì)的現(xiàn)象。因此要解決此類問(wèn)題，應(yīng)該養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣。

4 結(jié)語(yǔ)

流速儀法在新疆天山北坡多泥砂渠系的使用有著較為豐富的實(shí)測(cè)成果和經(jīng)驗(yàn)支持，金溝河流域是北疆多泥砂河流的典型代表，流速儀法測(cè)流在金溝河流域的應(yīng)用對(duì)做好流速儀法測(cè)流工作的研究和探討，特別是對(duì)其在多泥砂渠系使用的問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，對(duì)進(jìn)一步提高流速儀法測(cè)流使用技術(shù)、提高流速儀的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、保證缺水地區(qū)水量測(cè)驗(yàn)的精度有著十分重要的意義?！?/p>