1. 引言
洛泽河属长江流域金沙江下段水系横江的主要支流，发源于贵州省威宁县草海，由东南向西北流经熊家沟进入云南省昭通市境内，经彝良县城、大关青冈、大关天星镇和岔河后与洒渔河相汇进入关河。流域面积4491 km2，其主要支流有松林河、发达河、龙潭河等。流域属低纬度、高海拔、受季风控制和新月形台阶地形影响的季风高原型气候，暴雨天气系统以冷锋切变和冷锋低槽居多，受特殊的地形、气候和地理环境影响，流域内单点暴雨发生的频次较高，易发生陡涨陡落的大洪水。彝良水文站位于云南省彝良县角奎镇大河办事处朱家沙坝，地处县城东南边，距离中心城区约2.0 km，集水面积3667 km2。2011年1月开始水位、流量、降水和水质项目监测，全年采用缆道流速仪法测流。
洛泽河流域沿岸的江边河谷地带人口分布较集中，城镇、民房及路网建设中产生大量的工程弃土、弃石，有的甚至直接倾倒入河道中，遇暴雨、洪水时河道冲淤变化频繁，洪水陡涨陡落，水位变幅大，洪水含沙量较大，漂浮物较多，洪峰量级大，破坏性强。而流域内大量的梯级电站调度运行，改变了河流的天然属性，使河槽洪水传播过程复杂，洪峰涨落急剧，峰顶持续时间很短。常测法测流受测流历时和测速垂线数目限制，抢测流速特别困难，当测流历时过长，水位变幅较大时，相应水位就难以求准，计算出的流量也就缺乏真实性，资料的精度也较难达到规范要求。受测验河段地理位置影响和测验设施的限制，彝良站未开展比降水尺观测及浮标测流工作，建站至今一直采用缆道流速仪法测速，没有其他应急测流方案。在高洪情况下洪水含沙量太大，使智能流量声学设备换能器声波的发射和接收受到直接影响，其使用范围受限。而断面附近也没有跨河大桥，水平角修正的任意性问题也给电波流速仪–雷达测速枪的运用带来局限。根据高洪流量测验方法规定，在规划部署高洪期测流时，应优先采用流速仪法和ADCP法，其次才是水面浮标法和比降~面积法 [1] 。
面对如此单一的高洪测流方案和水文监测现状，研究简便易行的应急测流方法就显得十分重要。流速仪法测速垂线精简分析研究的目的，是在保证资料精度满足规范要求的前提下，精简垂线、测点及测速历时，在水位涨落急剧、漂浮物较多的情况下，尽可能争分夺秒开展抢测工作。本文应用常测法资料按简测法的误差界限要求进行分析计算，找出在规定精度指标要求范围内的断面平均流速与单位流速(垂线流速或其流速平均值)的相关关系，得出简测法的具体方案，作为高洪测流方案的一个补充。当测站出现特殊水情，用常测法方案抢测洪峰流量有困难时，即可应用此方案，其成果具有很强的实用性。
2. 基本水文资料的选取及分析方法
2001年，彝良站测验断面右岸为天然斜坡，过水断面冲淤变化很小，断面面积变化相对误差低水位级为4.7%，高水位级仅为1.49%。2012年1月至2013年5月，本站测验断面右岸的天然斜坡因彝良县洛泽河大道挡土墙施工影响，导致测验断面面积变化很大。经分析计算得知，受影响前后面积相对偏差低水位级达到49.9%，高水位级达45.2% (统计分析表略)。2013年6月6日第一场大洪水后，断面冲淤变化基本趋于稳定。统计分析2013年的第二次至2015年的第三次共8次断面测量成果，面积平均相对偏差低水位级为5.87%，中水位级为2.94%，高水位级仅为2.04%，成果详见表1。
为使实测流速分析数据具有代表性，从彝良站2013~2015年资料中分别选取44次、64次和66次低、中、高各个水位级实测流速数据进行误差分析计算，按照简测法的误差界限要求，应用回归分析法建立单位流速~断面平均流速关系，进行相关分析，找出各点据在规定精度指标要求范围内的误差偏离值，从而得出简测法的具体方案。
3. 断面平均流速与单位流速误差偏离计算及相关分析
3.1. 简测法及其误差界限
简测法是为适应特殊水情，在保证资料精度满足规范要求的前提下，经过精简分析，用尽可能少的垂线、测点测速，计算断面平均流速，并结合断面面积计算出流量值。由于本站近年来没有精测资料，因此选用常测法资料进行相关分析。根据《水文测验与查勘》规定：选用常测法资料进行分析时，当累积频率达75%以上的偶然误差不超过±4%，累积频率达95%以上的偶然误差不超过±8%时，系统误差不超过±1%时，这些垂线、测点可作为简测法使用 [2] ，见表2。
3.2. 单位流速误差偏离计算及回归统计分析
对起点距10 m、14 m、18 m和22 m处的垂线平均流速(以下简称V10、V14、V18、V22)与断面平均流速(简称V平)进行相关分析(即分析V10~V平、V14~V平、V18~V平、V22~V平)；再分别计算出起点距10 m与14 m处垂线平均流速的算术平均值[简称V(10 + 14)/2]，10 m、14 m与18 m处垂线平均流速的算术平均值[简称V(10+14+18)/3]，14 m与18 m处垂线平均流速的算术平均值[简称V(14+18)/2]，14 m、18 m与22 m处垂线平均流速的算术平均值[简称V(14+18+22)/3]以及18 m与22 m处垂线平均流速的算术平均值[简称V(18+22)/2] (计算表略)。对V(10+14)/2~V平、V(10+14+18)/3~V平、V(14+18)/2~V平、V(14+18+22)/3~V平、V(18+22)/2~V平分别进行相关分析(图略)。并计算累积频率100%、95%和75%以上各点据的偶然误差偏离值及其系统误差，结果见表3。
从表3可以看出：V(10+14)/2~V平、V(10+14+18)/3~V平和V(14+18+22)/3~V平[即⑤、⑥、⑧]的偶然误差偏离值和系统误差均满足表2规定要求。为应对特殊水情条件下的洪水抢测，在满足规定精度要求前提下，最大限度地缩短测流历时，用尽可能少的垂线测速，计算断面平均流速，在⑤、⑥、⑧三个系列中选取第⑤个作为测速垂线精简的分析方案，相关分析图略。在实际应用中，为了提高方案的精度，将2013~2015年各年累积频率P = 75%以上的共计136次实测流速数据进行合并处理，计算得出：累积频率100%的偶然误差为5.48%；累积频率95%以上的偶然误差为4.93%，比规定误差界限偏小38.4%；累积频率75%以上的偶然误差为3.44%，比规定误差界限偏小14.0%，误差偏离值满足规定要求，分析结果科学、合理。
回归方程式为
1)
累积频率P = 95%以上(见图1(a))
2)
累积频率P = 75%以上(见图1(b))
式中：y——单位流速(垂线流速的平均值)V(10+14)/2；x——断面平均流速V平；R——相关系数。
应用该方案时，选取式(2)进行计算。即在抢测特殊水情时，只需施测起点距10 m和14 m两根垂线处的测点流速，算出其垂线平均流速的算术平均值(V(10+14)/2)后，利用回归方程式(2)计算出断面平均流速，再乘以相应水位对应的大断面面积或最近一次水道断面的面积，即可得出断面流量。
Table 1. The measured cross-sectional area between the deviation value calculation
表1. 实测过水断面面积相互间偏离值计算
Table 2. The simple test method of error bound
表2. 简测法的误差界限
Table 3. Calculation of error deviation
表3. 误差偏离计算表
说明：V平为断面平均流速，V10为起点距10 m处的垂线平均流速(以下类推)，V(10+14)/2为起点距10 m和14 m处垂线平均流速的算术平均值(以下类推)。
(a) (b)
Figure 1.Relation of vertical velocity V(10+14)/2 and average section velocity V平 with P ≥ 95% (a) and P ≥ 75% (b)
图1. 垂线流速V(10+14)/2~断面平均流速V平关系图(图1(a) P = 95%以上；图1(b) P = 75%以上)
4. 结语
从水文测验手册中得知，水面浮标法的误差限界为总随机不确定度不超过10%，比降~面积法则是以断面较稳定为前提的，而正确分析糙率变化规律，也是提高比降~面积法测验精度的关键。故简测法方案的测验精度高于水面浮标法和比降~面积法，而且操作方便、快捷 [3] 。当测站出现特殊水情、特别是洪水暴涨暴落，在测验缆道能够正常使用的前提下抢测洪峰时，测速垂线精简分析研究成果可作为应急测洪方案使用。因洛泽河属于典型的山区性河流，发生大洪水时，水面漂浮物较多，波高浪急，对流速仪的水面定位准确性要求很高，所以要尽可能分秒必争的开展抢测工作。累计一定次数的监测结果进行流量随机不确定度分析，通过分析再回头查找监测过程可能存在的问题，进一步提高对洪峰过程的监测水平。鉴于彝良水文站目前的水文测验现状，即使缆道流速仪法无条件采用时，浮标法或比降~面积法测流也难以开展。所以在日常工作中，必须经常开展测验缆道的安全检查和上油维护等工作，确保测验缆道正常运行。在今后测站监测能力提升过程中，要积极开展走航式ADCP或在线式H-ADCP等声学多普勒流速剖面仪在水文监测中的应用及其相关分析工作。这样既丰富了测验手段，也为探索水文测验受水利工程影响，导致测流工作量大、洪水抢测难度大及流量监测资料时效性差等问题提供科学、有效的解决途径。