永慶水文站0.2相對水深流速系數(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。在進行流域水利規(guī)劃、各種水工建筑物的設(shè)計、施工、管理、運用，防汛抗旱斗爭以及水質(zhì)監(jiān)測、水源保護等方面、都需要流量的資料。為了掌握江河流量變化的規(guī)律、為國民經(jīng)濟各部門服務(wù)，要求在設(shè)立的水文站上根據(jù)河流水情變化的特點，采用適當?shù)臏y流方法進行流量測驗。流量測驗的方法很多，目前國內(nèi)外廣泛使用的方法是流速面積法。測流量時要在測流斷面上選若干條垂線作為測速垂線，并在每條測速垂線上選定若干個測點進行測速，以求得垂線平均流速，但在某些特殊情況下，無法測得垂線上其它測點的流速，只能測得水面或0.2相對水深處的流速，乘以相應(yīng)的系數(shù)，求得斷面流量。這種測驗方法既提高了測洪能力、簡化流量實測工作量，又節(jié)省測流時間，為實測到暴漲暴落河流洪水過程提供了有利契機。

1 永慶水文站測洪方案的確定

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)，大陸性季風氣候，暴雨多集中在七、八月份。河流為山溪性河流，洪水來源為暴雨，洪水漲落率大，洪峰滯時短。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。

測驗河段順直長約100m，左岸為陡岸，右岸為沙壤土，柳樹叢生，河床為砂卵石組成，測流設(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。測洪標準：20年一遇。

根據(jù)測站特性制定了四套測洪方案：

方案一：應(yīng)用水文測驗纜道懸掛流速儀，一點法（0.6）施測。測速垂線12條，測速歷時60-100s。通常情況下采用此方案。

方案二：應(yīng)用水文測驗纜道懸掛流速儀，一點法（0.2）施測。測速垂線12條，測速歷時60s，系數(shù)采用經(jīng)驗系數(shù)。當洪水暴漲暴落時，為有效縮短測速歷時及躲避漂浮物的影響應(yīng)采用此方案。

方案三：浮標法測流。在基本斷面至上游120m處公路橋投放浮標，浮標系數(shù)采用經(jīng)驗系數(shù)。用吹哨、舉旗聯(lián)系。大洪水時特別是漂浮物較多使流速儀無法使用時應(yīng)采用此方案。

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

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

2 為進行0.2流速系數(shù)的分析而實施的流量測驗

2009年我們在高、中、低水共測得精測法流量資料16次。精測法是在較多的垂線和測點上用精密的方法測速，以研究各級水位下測流斷面的水利要素的特點，為精簡測流提供依據(jù)。精測法的流量測速垂線布設(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，無大補大割，主槽垂線較河灘為密。流速測點分布：當垂線水深在0.40～0.60m時，采用0.2和0.8兩點法施測，當垂線水深大于0.60m時，采用0.2、0.6、0.8三點法施測。

3 單次0.2相對水深流速實驗系數(shù)分析

在精測法中，垂線平均流速為：

式中：Vm——垂線平均流速；

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

精測法計算出的流量為Qc。

在一點法（0.2）中，垂線平均流速僅采用V0.2計算出的流量為Q0.2，0.2相對水深流速實驗系數(shù)K0.2為：

測驗后的計算結(jié)果見表1，0.2相對水深流速實驗系數(shù)K0.2在0.812-0.962之間，平均為0.89。

表1 永慶水文站實測流量成果表

為了研究Qc與Q0.2之間的相關(guān)關(guān)系（或稱函數(shù)關(guān)系），將兩變量以Q0.2為縱坐標，Qc為橫坐標點繪于圖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)點子的分布基本上呈直線趨勢，點據(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

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