郝家店水文站寬頂堰測流系數分析

易繼峰，李智峰

（遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

1 郝家店水文站基本情況

郝家店水文站位于遼寧省遼陽縣下達河鄉，始建于1969年5月，集水面積431km2，是湯河水庫重要的入庫控制站。該站測驗河段順直，屬山溪性河流，來水較快，枯水期水位變化很小。河床由卵石組成，沖淤變化不大，斷面穩定。左岸漿砌石護岸，高2.70m。右岸水泥板護坡。基本水尺斷面上游500m處有急灣。

2 問題的提出

基本水尺斷面上游200m處有寬頂堰1座，堰上水位在120.85m以下時，出流狀態為自由堰流。下游500m處有混凝土滾水壩1座，回水影響至基本水尺斷面上游190m處。受回水影響，該站低枯水流量測驗難度很大，且精度不能保證。以2011年為例，該站全年流量小于30m3/s的天數有358d，占全年天數的98.1%，全年大部分流量測驗工作受到下游回水的影響。

為避免基本斷面下游滾水壩的回水對流量測驗的影響，同時節省流量測驗工作的人力物力，該站擬采用基本斷面上游200m處的寬頂堰施測低枯水流量，故此需對寬頂堰流量系數進行分析。

3 解決方法

通過2011年實測流量資料分析，確定不同水位級寬頂堰流量系數，采用水工建筑物法施測流量提供依據。

水位采用自記水位計觀測數據，流量選取2011年水位在120.85m以下的實測流量30次，用水利學公式計算寬頂堰流量系數，建立水位～寬頂堰流量系數關系曲線，通過曲線確定不同水位的寬頂堰流量系數，從而實現寬頂堰測流目的。

在選取的流量當中，實測最大流量30.2m3/s，最小流量0.708m3/s，最高水位120.85m，最低水位120.43m。采用基本公式：

式中 Q為實測流量（m3/s）；m為寬頂堰流量系數；b為寬頂堰寬度（m）；g為重力加速度，為9.81m/s2；H0為水頭（m）；

4 理論計算與分析

4.1 寬頂堰

寬頂堰為混凝土結構，堰寬30m，堰高0.52m，堰頂高程120.34m。

4.2 堰上水位流量關系曲線的確定

在2011年實測流量中選取30次流量，建立水位～流量關系曲線，如圖1。對水位～流量關系線進行符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗。經檢驗，該關系線滿足水位流量關系定線精度要求。

圖1 郝店站水位～流量關系

4.3 寬頂堰流量系數

由式（1）可推出：

其中，式（2）中符號意義同式（1）。

根據30次實測流量，分別計算不同水位的寬頂堰流量系數m，計算結果見表1。

表1 寬頂堰流量系數m及泄流量Q計算

4.4 建立水位～寬頂堰流量系數關系曲線

通過計算得到的寬頂堰流量系數m，建立水位～寬頂堰流量系數關系曲線，如圖2。

圖2 郝店站水位～寬頂堰流量系數m關系

對水位～寬頂堰流量系數關系線進行符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗。經檢驗，該關系線滿足定線精度要求。詳見表2。

表2 水位～流量系數關系

注：①樣本容量：N=30；正號個數：11.5；符號交換次數：14。②符號檢 驗：u=1.10；允許：1.15；(顯著性水平a=0.25)；合格。③適線檢驗：U=0.00；允許：1.28(顯著性水平a=0.10)；合格。④偏離數值驗：|t|=0.34；允許：1.31(顯著性水平a=0.20)；合格。⑤標準差/%：Se=3.3。⑥隨機不確定度/%：6.6。⑦系統誤差/%：0.2。

4.5 合理性分析

用圖2中水位～寬頂堰流量系數關系曲線，按不同水位級在線上查得相應的寬頂堰流量系數m。然后根據式（1）進行相應寬頂堰泄流量計算。

對實測流量與寬頂堰推算流量進行檢驗。顯著水平采用0.05，計算結果合理，說明實測流量與寬頂堰推算流量為一個系列。

5 結語

郝家店水文站流量測驗精度為三類，根據《水文資料整編規范》要求，流量測驗精度指標三類精度的水文站單一曲線法隨機不確定度為11%，系統誤差為2%。根據以上分析計算流量隨機不確定度為6.6%，系統誤差0.2%，滿足流量定線要求。因此在水位120.85m以下時，該站可以采用寬頂堰進行流量測驗。

［1］趙振興,何建京.水力學［J］.北京：清華大學出版社，2005.

［2］馬慶云.水文勘測工［M］.鄭州:黃河水利出版社,1996.

［3］GB50179—93，河流流量測驗規范［S］.

［4］GB/T50138—2010，水位觀測標準［S］.

［5］SL247—1999，水文資料整編規范［S］.