永慶水文站0.2相對(duì)水深流速系數(shù)分析

何永健 張斌

（吉林省水文水資源局延邊分局，吉林 延邊 133001）

流量是反映水資源和江河等水體的水量變化的基本資料，也是河流最重要的水文特征值。在進(jìn)行流域水利規(guī)劃、各種水工建筑物的設(shè)計(jì)、施工、管理、運(yùn)用，防汛抗旱斗爭(zhēng)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水源保護(hù)等方面、都需要流量的資料。為了掌握江河流量變化的規(guī)律、為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)服務(wù)，要求在設(shè)立的水文站上根據(jù)河流水情變化的特點(diǎn)，采用適當(dāng)?shù)臏y(cè)流方法進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)。流量測(cè)驗(yàn)的方法很多，目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的方法是流速面積法。測(cè)流量時(shí)要在測(cè)流斷面上選若干條垂線作為測(cè)速垂線，并在每條測(cè)速垂線上選定若干個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)速，以求得垂線平均流速，但在某些特殊情況下，無(wú)法測(cè)得垂線上其它測(cè)點(diǎn)的流速，只能測(cè)得水面或0.2相對(duì)水深處的流速，乘以相應(yīng)的系數(shù)，求得斷面流量。這種測(cè)驗(yàn)方法既提高了測(cè)洪能力、簡(jiǎn)化流量實(shí)測(cè)工作量，又節(jié)省測(cè)流時(shí)間，為實(shí)測(cè)到暴漲暴落河流洪水過(guò)程提供了有利契機(jī)。

1 永慶水文站測(cè)洪方案的確定

永慶水文站位于吉林省安圖縣永慶鄉(xiāng)，所在河流為黑龍江流域松花江水系大沙河，集水面積283km2，距河口距離11.3km，地處吉林省東部山區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候，暴雨多集中在七、八月份。河流為山溪性河流，洪水來(lái)源為暴雨，洪水漲落率大，洪峰滯時(shí)短。峰形為單式峰，水位流量關(guān)系為穩(wěn)定的單一線。設(shè)站目的是搜集小流域暴雨徑流資料。

測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)約100m，左岸為陡岸，右岸為沙壤土，柳樹(shù)叢生，河床為砂卵石組成，測(cè)流設(shè)備為HY-100型手搖纜道，兩岸支架均為6m高的鋼架，主索跨度50m。測(cè)洪標(biāo)準(zhǔn)：20年一遇。

根據(jù)測(cè)站特性制定了四套測(cè)洪方案：

方案一：應(yīng)用水文測(cè)驗(yàn)纜道懸掛流速儀，一點(diǎn)法（0.6）施測(cè)。測(cè)速垂線12條，測(cè)速歷時(shí)60-100s。通常情況下采用此方案。

方案二：應(yīng)用水文測(cè)驗(yàn)纜道懸掛流速儀，一點(diǎn)法（0.2）施測(cè)。測(cè)速垂線12條，測(cè)速歷時(shí)60s，系數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。當(dāng)洪水暴漲暴落時(shí)，為有效縮短測(cè)速歷時(shí)及躲避漂浮物的影響應(yīng)采用此方案。

方案三：浮標(biāo)法測(cè)流。在基本斷面至上游120m處公路橋投放浮標(biāo)，浮標(biāo)系數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。用吹哨、舉旗聯(lián)系。大洪水時(shí)特別是漂浮物較多使流速儀無(wú)法使用時(shí)應(yīng)采用此方案。

方案四：水文纜道、上游公路橋被洪水毀壞無(wú)法使用時(shí)，采用天然浮標(biāo)或比降-面積法推求流量。采用水力學(xué)法估算流量（糙率采用本站分析值，浮標(biāo)系數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)）。

選擇方案時(shí)，在滿足精度要求的條件下，宜本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則，根據(jù)本站技術(shù)條件和本次水情特點(diǎn)，綜合權(quán)衡確定優(yōu)選方案。本文討論采用一點(diǎn)法（0.2）流速系數(shù)的分析。

2 為進(jìn)行0.2流速系數(shù)的分析而實(shí)施的流量測(cè)驗(yàn)

2009年我們?cè)诟摺⒅小⒌退矞y(cè)得精測(cè)法流量資料16次。精測(cè)法是在較多的垂線和測(cè)點(diǎn)上用精密的方法測(cè)速，以研究各級(jí)水位下測(cè)流斷面的水利要素的特點(diǎn)，為精簡(jiǎn)測(cè)流提供依據(jù)。精測(cè)法的流量測(cè)速垂線布設(shè)為均勻分布，并要求能控制斷面地形和流速沿河寬分布的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，無(wú)大補(bǔ)大割，主槽垂線較河灘為密。流速測(cè)點(diǎn)分布：當(dāng)垂線水深在0.40～0.60m時(shí)，采用0.2和0.8兩點(diǎn)法施測(cè)，當(dāng)垂線水深大于0.60m時(shí)，采用0.2、0.6、0.8三點(diǎn)法施測(cè)。

3 單次0.2相對(duì)水深流速實(shí)驗(yàn)系數(shù)分析

在精測(cè)法中，垂線平均流速為：

式中：Vm——垂線平均流速；

V0.2，V0.6，V0.8——分別為相對(duì)水深為0.2，0.6，0.8處的流速。

精測(cè)法計(jì)算出的流量為Qc。

在一點(diǎn)法（0.2）中，垂線平均流速僅采用V0.2計(jì)算出的流量為Q0.2，0.2相對(duì)水深流速實(shí)驗(yàn)系數(shù)K0.2為：

測(cè)驗(yàn)后的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，0.2相對(duì)水深流速實(shí)驗(yàn)系數(shù)K0.2在0.812-0.962之間，平均為0.89。

表1 永慶水文站實(shí)測(cè)流量成果表

為了研究Qc與Q0.2之間的相關(guān)關(guān)系（或稱(chēng)函數(shù)關(guān)系），將兩變量以Q0.2為縱坐標(biāo)，Qc為橫坐標(biāo)點(diǎn)繪于圖1上。

圖1 永慶站0.2流速系數(shù)分析圖

從圖上可以看出，這些相關(guān)點(diǎn)子的分布基本上呈直線趨勢(shì)，點(diǎn)據(jù)分布比較集中，可以直接利用作圖的方法求出相關(guān)直線，可用直線近似的代表這種相關(guān)關(guān)系。

在圖上量得直線的斜率為0.89，即Qc=0.89Q0.2由此得出結(jié)論永慶水文站的0.2流速系數(shù)為0.89。

4 結(jié)語(yǔ)

測(cè)站在測(cè)取流量時(shí)，既要考慮測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)的選擇，也要考慮適當(dāng)?shù)臏y(cè)流方法，最好的測(cè)流方案應(yīng)是在保證安全的前提下，既能達(dá)到一定的精度，又節(jié)約時(shí)間和人力。通過(guò)本次分析，永慶水文站0.2相對(duì)水深流速系數(shù)為0.89，雖然因條件限制，本次采用的實(shí)測(cè)資料次數(shù)較少，代表性有限，但證明了以往采用的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)0.89是合理可靠的，并對(duì)以后測(cè)流方案的優(yōu)化提供了依據(jù)。