安塞水文站中泓浮標(biāo)系數(shù)分析

安塞水文站中泓浮標(biāo)系數(shù)分析摘要：中泓浮標(biāo)法測(cè)流是一種在中、高水測(cè)驗(yàn)中行之有效的測(cè)流手段，是在測(cè)站人員無法通過吊箱、吊儀測(cè)流時(shí)的補(bǔ)充測(cè)驗(yàn)方法。本文從安塞水文站歷年實(shí)測(cè)資料出發(fā)，通過對(duì)比分析，總結(jié)該站中泓浮標(biāo)系數(shù)，為今后的中泓浮標(biāo)測(cè)驗(yàn)提供技術(shù)支撐。關(guān)鍵詞：安塞水文站；中泓浮標(biāo)；斷面變化；系數(shù)分析；1測(cè)站概況安塞水文站設(shè)立于1973年6月（設(shè)站時(shí)為水位站），1981年1月進(jìn)行全項(xiàng)目觀測(cè)，改為水文站。位于安塞區(qū)真武洞鎮(zhèn)，地處東徑109°19'，北緯36°52'。所屬延河系黃河北干流西側(cè)較大支流，該站集水面積1334km2,距河口里程196km。屬省級(jí)重要水文站，中央報(bào)汛站。安塞水文站所屬延河流域常流量小，洪水主要由暴雨形成，來源于干支流，漲落快、歷時(shí)短，水位流量關(guān)系高水受漲落影響一般呈繩套型，中低水受斷面沖淤變化影響關(guān)系線較散亂。泥沙由暴雨產(chǎn)流挾帶，水沙峰同步或沙峰稍滯后，峰型相似。調(diào)查最大流量2710m3/s，實(shí)測(cè)最大流量2710m3/s，多年平均降水量512.6mm，多年平均徑流量0.4837億m3，多年平均輸沙量888萬t。2中泓浮標(biāo)系數(shù)的試驗(yàn)2.1浮標(biāo)測(cè)流適用條件根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》附錄C，水面浮標(biāo)法適用于流速儀測(cè)速困難或超出流速儀測(cè)速范圍情況的流量測(cè)驗(yàn)。當(dāng)洪水漲、落急劇，洪峰歷時(shí)短暫，不能用均勻浮標(biāo)法測(cè)流時(shí)，可用中泓浮標(biāo)法測(cè)流。2.2浮標(biāo)的型式、投放方式安塞站的浮標(biāo)型式為“十字形”浮標(biāo)，浮標(biāo)的制作材料為谷草，投放方法是投放器投放或人工拋擲。根據(jù)《流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第C.2.3條規(guī)定：用中泓浮標(biāo)法測(cè)流，應(yīng)在中泓部位投放3?5個(gè)浮標(biāo)。浮標(biāo)位置鄰近，運(yùn)行正常，最長(zhǎng)和最短運(yùn)行歷時(shí)之差不超過最短歷時(shí)10%的浮標(biāo)應(yīng)有2?3個(gè)。2.3中泓浮標(biāo)法流量的計(jì)算中泓浮標(biāo)法流量的計(jì)算，根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》第C.7.2條，中泓浮標(biāo)法實(shí)測(cè)流量按下式計(jì)算：Q=KmfAmVmf （公式2-1）式中：Kmf一中泓浮標(biāo)系數(shù)Am—浮標(biāo)中斷面面積（m2）Vmf一中泓浮標(biāo)流速的算術(shù)平均值（m/s）安塞水文站自1981年開始全項(xiàng)目觀測(cè)至今，受測(cè)驗(yàn)條件限制，無法進(jìn)行高水的流速儀與中泓浮標(biāo)比測(cè)試驗(yàn)?，F(xiàn)有中泓浮標(biāo)系數(shù)的選取，需在每次浮標(biāo)測(cè)流時(shí)計(jì)算對(duì)應(yīng)的浮標(biāo)系數(shù)，使用頗為不便。為保證流量測(cè)驗(yàn)的精度，特別是高水期浮標(biāo)法測(cè)流的精度，減少誤差來源，在歷年實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，開展本次中泓浮標(biāo)系數(shù)的分析工作。截至目前，安塞水文站已積累39年歷史資料，共測(cè)得各類浮標(biāo)流量161份，初步具備了以水位流量關(guān)系曲線查線分析浮標(biāo)系數(shù)的條件。2.4資料審查本文中所用的數(shù)據(jù)資料等皆來源于水文年鑒，經(jīng)審查，所有數(shù)據(jù)均符合可靠性及代表性的要求。3斷面變化分析安塞水文站斷面左岸為石砌河堤，右岸為土質(zhì)人工修整規(guī)則河堤。基本斷面為砂礫石河床，斷面下游約250m處建成一座高架橋，斷面中高水沖淤較頻繁但沖淤程度不大；上比降斷面向上約10m處有一彎道，下比降斷面約500m處有一小溝，其水流方向與本站水流方向基本垂直。將安塞水文站1981年至2020年斷面進(jìn)行套繪比較，以左岸河堤的堤頂高程103.60m為假定水位，假設(shè)洪水滿槽但未出堤的情況，進(jìn)行斷面分析計(jì)算，套繪斷面見圖3-1：圖3-2安塞水文站斷面相關(guān)圖從上圖可以看出，安塞站斷面整體呈縮減趨勢(shì)，且斷面面積、水面寬與濕周基本配套。2006至2008年河道斷面變窄，且2008年后基本維持穩(wěn)定，經(jīng)考證為安塞區(qū)河堤工程所致，與實(shí)際情況一致。為了濾掉斷面變化中小的波動(dòng)，突出趨勢(shì)變化，更加清楚地反映斷面演變趨勢(shì)，我們采用滑動(dòng)平均值過程線法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。所謂滑動(dòng)平均值，就是在一個(gè)系列中，先確定若干年為計(jì)算平均值的滑動(dòng)計(jì)算時(shí)段，求得一個(gè)均值，將其作為中間年份的修勻值，然后向后滑動(dòng)一年，形成一個(gè)新的計(jì)算時(shí)段，計(jì)算均值。重復(fù)上述步驟直至計(jì)算時(shí)段的最后一個(gè)數(shù)據(jù)為系列的最后一個(gè)數(shù)據(jù)為止。圖3-3安塞水文站斷面3年滑動(dòng)平均值相關(guān)圖從上圖可以看出，經(jīng)過3年滑動(dòng)平均值修勻后，斷面面積、水面寬與濕周的相關(guān)性基本良好，變化趨勢(shì)一致。4浮標(biāo)系數(shù)分析安塞水文站自開展全項(xiàng)目測(cè)驗(yàn)以來，已有連續(xù)完整的資料38年（1981-2019年），現(xiàn)選取38年的實(shí)測(cè)中泓浮標(biāo)流量資料，根據(jù)規(guī)范的要求對(duì)安塞站浮標(biāo)系數(shù)進(jìn)行分析。4.1浮標(biāo)系數(shù)的確定根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》附錄C，第6.1條規(guī)定：水面浮標(biāo)系數(shù)的試驗(yàn)，有條件比測(cè)試驗(yàn)的測(cè)站，應(yīng)以流速儀法測(cè)流和浮標(biāo)法測(cè)流進(jìn)行比測(cè)試驗(yàn)；無條件比測(cè)試驗(yàn)的測(cè)站，可采用水位流量關(guān)系曲線法和水面流速系數(shù)法確定浮標(biāo)系數(shù)。浮標(biāo)系數(shù)應(yīng)由斷面流量除以斷面虛流量，或由斷面平均流速除以斷面平均虛流速，或斷面平均流速除以中泓、漂浮物浮標(biāo)流速。安塞站由于中高水難以使用流速儀測(cè)流，比測(cè)資料較少，因此選用水位流量關(guān)系曲線法分析浮標(biāo)系數(shù)。浮標(biāo)虛流量應(yīng)采用實(shí)測(cè)值，斷面流量應(yīng)以浮標(biāo)法測(cè)流的相應(yīng)水位在水位與流速儀法流量測(cè)點(diǎn)的關(guān)系曲線上查讀。查讀流量時(shí)符合下列規(guī)定：⑴分析斷面浮標(biāo)系數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)浮標(biāo)流量測(cè)點(diǎn)有效浮標(biāo)的控制部位，并應(yīng)選用測(cè)速垂線分布與之對(duì)應(yīng)的流速儀法流量測(cè)點(diǎn)，按不同的測(cè)流方案分類繪制不同方案的水位流量關(guān)系曲線查讀斷面流量。⑵分析中泓、漂浮物浮標(biāo)系數(shù)時(shí)，宜選用流速儀法在高水期的一種測(cè)流方案的流量測(cè)點(diǎn)繪制水位流量關(guān)系曲線查讀斷面流量。⑶對(duì)于不同形式的水位流量關(guān)系曲線，應(yīng)按下列規(guī)定查讀斷面流量：水位流量關(guān)系為單一曲線的測(cè)站，應(yīng)直接在曲線上查讀流量；水位流量關(guān)系為多條單一曲線的測(cè)站，應(yīng)在與浮標(biāo)測(cè)點(diǎn)同一時(shí)期的曲線上查讀流量；水位流量關(guān)系為復(fù)式繩套曲線的測(cè)站，應(yīng)在與浮標(biāo)測(cè)點(diǎn)同一洪水過程的繩套曲線上查讀流量。4.2中泓浮標(biāo)系數(shù)的計(jì)算按照上述方法，進(jìn)行歷史實(shí)測(cè)資料的查線計(jì)算，得出相應(yīng)水位的中泓虛流量與斷面流量。4.3中泓浮標(biāo)系數(shù)的確定根據(jù)實(shí)測(cè)資料及查線求得的中泓虛流量與斷面實(shí)流量，通過公式4-2計(jì)算中泓浮標(biāo)系數(shù)，所得結(jié)果在0.60?0.82之間。需要注意的是，在2006至2008年間，斷面發(fā)生了一定得變化，但自2008年起，最高水位僅到98.10m，河堤變化的部分對(duì)現(xiàn)有洪水主流影響不大?，F(xiàn)采用繪制關(guān)系曲線與加權(quán)法來計(jì)算中泓浮標(biāo)系數(shù)。①繪制斷面實(shí)流量與中泓虛流量關(guān)系曲線，以斷面實(shí)流量為縱坐標(biāo)，以中泓虛流量為橫坐標(biāo)，建立關(guān)系曲線，見下圖4-1：由加權(quán)法確定安塞站浮標(biāo)系數(shù)為0.71。5總結(jié)1、 綜合考慮關(guān)系曲線法與加權(quán)法，安塞站河道中泓浮標(biāo)系數(shù)確定為0.71。2、 本次試驗(yàn)分析采用歷年實(shí)測(cè)資料及水位流量關(guān)系曲線，浮標(biāo)系數(shù)符合規(guī)范精度要求，基本可在安塞站流量二類精度的中高水位時(shí)使用。3、 當(dāng)測(cè)驗(yàn)河段或測(cè)站控制流域發(fā)生重大改變時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定新的浮標(biāo)系數(shù)。參考文獻(xiàn)：[1]朱曉原，