永寧鎮(zhèn)水文站水面流速系數(shù)的分析與確定.docx

1、永寧鎮(zhèn)水文站水面流速系數(shù)的分析與確定陳登農(nóng)（甘肅省隴南水文水資源勘測局，甘肅成縣742500）摘要:永寧鎮(zhèn)水文站近幾年由于各種因素，測流斷面發(fā)生較大變化,漲水后會有大面積的淺水區(qū)，淺水區(qū)測定流速計算流景時需要精確的水面流速系數(shù)。之前永寧鎮(zhèn)水文站的水面流速系數(shù)是經(jīng)驗值0.85?，F(xiàn)在通過纜道流速儀進行試騷，采用垂線法和斷面流髭法對試驗結(jié)果計算分析后,得到比較滿意的結(jié)果，相關(guān)系數(shù)均達到0.97,確定水面流速系數(shù)為0.87。這個系數(shù)將用于永寧鎮(zhèn)水文站的實際流髭資料的計算,并為受中小河流項目建設(shè)影響的其他中小河流上的水文站提供參考。關(guān)鍵詞:流速系數(shù);水文站;測流;中小河流中圖分類號:TV123永寧鎮(zhèn)水文

2、站是永寧河上唯一一座水文站，屬國家基本水文站,始建于1959年1月，測驗歷史悠久，監(jiān)測項目齊全。該站地處甘肅省隴南市徽縣永寧鎮(zhèn)，地理位置:東經(jīng)106。11,北緯33。50二集水面積2071km距河口約15km。該站屬于典型的山溪性河流，洪水主要由暴雨形成,起漲快,峰形尖瘦，峰頂一般持續(xù)23h。流域內(nèi)植被良好，洪水起漲較快，回落緩慢，洪水容易累積。測驗河段較為順直,測流斷面位于水尺斷面以上19m處,斷面最大水面寬155m,河床主要由卵石夾沙礫組成，斷面以前沖於變化明顯，現(xiàn)在由于人工采砂、修建河堤等原因，河床降低很多，沖於變化已經(jīng)很小。水面流速系數(shù)相應(yīng)的發(fā)生了較大變化。1基本概況水面流速系數(shù)的準確

3、程度決定流量測驗成果精度，對水面流速系數(shù)進行試驗分析是提高流量測驗精度的重要途徑。流量測驗時遇到以下幾種情況時均需測量水面流速:1）0.6一點法或三點法、五點法測速困難時就需測水面流速;2）流速較大測速儀器無法定位于測點位置時也只能測水面流速;3）水面漂浮物較多或鉛魚重量不夠儀器無法入水或到達測點位置;4）洪水漲落急劇，為節(jié)省測驗時間。永寧鎮(zhèn)水文站近幾年的測流斷面由于水流沖於、人工采砂、修筑河堤等原因，河床有大約60%變的較為平整，其中還有一些蘆葦叢被人工清除，成為平整的河灘，這樣水位稍漲后很容易有大面積的淺水區(qū)，大洪水時流速較快，鉛魚也到不了水底，在日常的流量測驗中使用的0.6一點法測速中鉛

4、魚無法達到測點位置。因此,只能用纜道以流速儀測水面流速，然后乘以水面流速系數(shù),再借用斷面來計算流量。采用經(jīng)驗水面流速系數(shù)計算垂線平均流速，往往不能滿足精度要求。采用流速系數(shù)的關(guān)鍵問題是它的代表性問題，即流速系數(shù)的誤差問題。水面流速系數(shù)隨水力因素變化，不為常數(shù),而且應(yīng)根據(jù)不同的河流特性，采用不同的分析方法。水力學公式法，除了和水面浮標法存在同樣的面積確定困難問題外，還存在比降和糙率的取值問題，其精度也很低。經(jīng)分析論證，采用流速儀水面一點法和三點法算出水面流量系數(shù)，且算出水面一點法實測流量和三點法實測流量，用算術(shù)平均法和回歸分析法最結(jié)果進行分析。實驗工作外業(yè)操作機內(nèi)業(yè)計算均按照規(guī)范要求執(zhí)行，實毀第

5、一手資料及數(shù)據(jù)分析由作者留存。2試驗概況2.1試驗分析目的水面流速系數(shù)是水文站流量測驗中常用到的參數(shù),它關(guān)系到測驗的流量數(shù)據(jù)的精度。當流速儀輒架軸離鉛魚底（0.20m）較高，在水深低于0.5m時就測不到相對水深0.6的位置，在測洪水時，因水中雜草過多，纏繞流速儀漿頭,發(fā)生信號錯亂或無信號時，很可能直接測到水面流速，乘水面流速系數(shù)換算出垂線平均流速，問題迎刃而解。目前使用的水面流速系數(shù)均按規(guī)范規(guī)定取值范圍選取經(jīng)驗值，通過在站開展水面流速系數(shù)試驗分析，用試驗值取代現(xiàn)用水面流速經(jīng)驗系數(shù)，可進一步提高流量測驗精度。2.2實驗方法河道斷面上架有電動纜道,鉛魚重200kg,按照25-1型流速儀測量水深及流

6、速。水深I(lǐng)m時采用垂線三點法(0.2、0.6、0.8)加測水面流速，水深21m時由于測不到相對水深0.2處的流速,采用垂線一點法(0.6)加測水面流速。2.3實驗資料此次實驗是在永寧鎮(zhèn)永寧河左岸河堤建設(shè)完成后進行的，實驗期間河水漲落兩次，每次均超過300m3的流量，測流16次，共115條垂線水面流速水面流速系數(shù)比測資料，水位落差變副大于L5m(992.67m994.23m)，流景變幅6.35-260m2/so由于更大的流量時水面漂浮物過多，流速過大等原因，沒有實驗資料;測次均勻分布在不同的中、低水位處，因此，本次實驗資料在中低水位時有較好的代表性。3試驗數(shù)據(jù)處理及分析1) 實驗數(shù)據(jù)均按照河流流

7、量測驗規(guī)范要求處理和計算。由于河堤修筑完成后第一次洪水使斷面發(fā)生較大變化,洪水前兩次測量數(shù)據(jù)舍去。2) 用算術(shù)平均數(shù)法、回歸線分析法對實驗數(shù)據(jù)進行分析比較。(1) 算術(shù)平均數(shù)法根據(jù)使用的流速儀的流速儀公式V=0.2532N/S+0.0036計算出各測點的流速*2、此6、W根據(jù)三點法計算公式V平均=(*2+*6+知)/3和一點法V平均=峋.6計算出平均流速，再計算出平均流速和最大流速的比值K=V平均/匕.和K=V.6/匕.,K值即為水面流速系數(shù)，算出每條垂線的流速系數(shù)K求和，然后取平均值就是斷面流速系數(shù)，即:匕=(虬+&+匕)/io計算結(jié)果：三點法計算時水面流速系數(shù)為0.8695，一點法計算時斷

8、面流速系數(shù)為0.8686。(2) 回歸線分析法根據(jù)水面流速和垂線平均流速繪出三點(0.2.0.6.0.8)垂線法平均流速水面三點法流速相關(guān)圖如圖1所示。和一點(0.6)垂線法流速和水面一點法流速相關(guān)圖如圖2所示。圖1三點(0.2、0.6、0.8)垂線法平均流速與水面一點法流速相關(guān)圖2點法(0.6)垂線平均流速與水面一點法流速相關(guān)可以看出三點垂線法的斷面流速系數(shù)為0.8696,相關(guān)系數(shù)IV為0.9711;點垂線法的斷面流速系數(shù)為0.8730,相關(guān)系數(shù)R2為。.9738。(3) 計算結(jié)果比較算術(shù)平均數(shù)法和回歸線法計算分析結(jié)果很接近，兩種方法的結(jié)論基本一致，因此采用分析得到的結(jié)果。它們的平均值為：K

9、斷=(0.8695+0.8686+0.8696+0.8730)/4=0.870175(4) 實測斷面流量對計算結(jié)果進行精確性驗證確定斷面流速系數(shù)的目的是在水文資料收集中更加精確的計算出流己，通過目的來驗證這個系數(shù)最好不過，利用斷面流量計算公式：Q=和式中沖=匕&。利用計算結(jié)果繪出圖3。圖3三點法平均流與水面一點法實測流相關(guān)圖中3種方法的計算結(jié)果差別最大的不到10m圖表較小，沒有表現(xiàn)出三種測法中流量之間的偏差可以看出三點法與一點法和水面流速法計算結(jié)果很相近，回歸方程相關(guān)系數(shù)達到0.9988,說明實驗得出的斷面流量系數(shù)精確性很高，適合采用到實際流量測驗中。3) 水面流速系數(shù)試驗方法中優(yōu)選斷面流量比

10、測法理論比較嚴密，得到的水面流速系數(shù)適合全斷面應(yīng)用，但斷面兩岸水深較小部分垂線平均流速難以用多點法(五點法、三點法、一點法)測得,影響比測試驗成果精度。垂線比測法直觀、簡單，測量過程中水深大于Im處數(shù)據(jù)完整，從理論上講把這個水深較深的水面流速系數(shù)延伸到全斷面存在不足之處，但又比選取經(jīng)驗系數(shù)測驗精度提高很多，而且在整個測覺過程中水深落差達到1.5m也能對不足之處有相應(yīng)的補償。4問題與建議1）由于永寧鎮(zhèn)水文站測流斷面所處位置水力坡降比較大,加之在大洪水時水面漂浮物較多，水流極不穩(wěn)定，所以高水時只有水面流速資料，沒有計入分析過程，分析資料范圍較小，有待以后充實資料,繼續(xù)分析探討，對測量結(jié)果有一定影響

11、。2）測星過程中為了最后要計算流量驗證結(jié)果，過水處都必有數(shù)據(jù)，因此，靠近岸邊部分垂線水深達不到要求時,能測到的數(shù)據(jù)均有。3）水面流速系數(shù)在流段測驗中使用頻繁，也是提高流量精度的重要參數(shù)。很多一般水文站都采用的經(jīng)驗值，幾十年河道斷面發(fā)生了巨大變化，測最方法也有了很大提高,但是斷面流速系數(shù)沒有變化，這對數(shù)據(jù)的精確性有很大影響，建議每個水文站都對測流斷面的斷面流速系數(shù)進行確定，并且以后的流量測驗工作中，應(yīng)多積累一些有關(guān)水面系數(shù)試驗資料,以做好水面流速系數(shù)的驗證工作。5結(jié)語根據(jù)以上分析得出結(jié)果,永寧鎮(zhèn)水文站的斷面流速系數(shù)為0.870175，實際采用0.87,這個值將用（上接第31頁）進一步強化建筑施工

12、噪聲和對社會生活噪聲的管理,突出控制交通噪聲；另外，各城市認真執(zhí)行“環(huán)境影響評價”和“三同時”制度，嚴格控制工業(yè)噪聲污染源，加大力度查處擾民噪聲源，治理未達標噪聲源，設(shè)立環(huán)保舉報電話,積極開展環(huán)境噪聲擾民查處工作，采取多種措施和手段進行有效的管理和控制，使得道路交通噪聲污染并未隨著民用車數(shù)景的急劇增加而加重，反而呈下降趨勢,全省聲環(huán)境質(zhì)量總體水平也明顯好于2003年。5小結(jié)近10年來,全省道路交通噪聲質(zhì)量基本保持穩(wěn)于永寧水文站以后的流量計算中。附近幾個水文站也作為參考，定出了斷面流速系數(shù)。整個實驗過程測驗數(shù)據(jù)分布在中低不同水位,較為合理,外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)計算均按照河流流量測驗規(guī)范要求操作和計算，

13、用了兩種以上方法進行結(jié)果對比，并對服務(wù)對象進行驗證，成果質(zhì)量可靠,具有很好的代表性。中國西部的中小河流上，河道類型、洪水過程斷面成分等類似永寧鎮(zhèn)水文站的站點很多，近幾年國家針對中小河流治理投入較多，多數(shù)中小河流上的水文站斷面都受到修河堤等工程建設(shè)的影響，受到影響的水文站應(yīng)在工程竣工后盡快重新確定水面流速系數(shù)，以確保流量測驗的精確性權(quán)威性，并且以后的流量測驗工作中，應(yīng)多積累一些有關(guān)水面系數(shù)試驗資料，以做好水面流速系數(shù)的驗證工作。參考文獻：1 GB50179-93,河流流址測驗規(guī)范G.2 陳學林，盛殿愛,王學良，等.內(nèi)陸河流域河流水面流速系數(shù)比測試驗研究J.水文,2010,30,（6）:112-113.3 吳中貽.水力學與水文測驗基礎(chǔ)知識M.黃河水利出版社,1995.4仇杰，陳建宏,李曉光.貴德水文站水面流速系數(shù)分析J.甘肅省水利水電技術(shù),2011,20（1）：50-51.5陳滴祥.陳滿祥水文水資源論文集M.蘭州：蘭州大學出版社,2001.定，總體呈好轉(zhuǎn)趨勢。即便如此%各城市道路交通聲環(huán)境管治壓力依然存在。隨著城市建設(shè)