孝感市萬福閘流速系數(shù)分析

魏曉珊

摘要：近年來水文事業(yè)快速發(fā)展，水文站網(wǎng)不斷擴大，功能不斷完善，而基層測站位置偏遠，人員相對較少，在極端氣候頻發(fā)，天氣復雜多變的情況下，有關部門對水文的應急反應能力要求更高。準確的流速系數(shù)不僅能為水文巡測提供技術支撐，在防汛的關鍵時期節(jié)約寶貴的時間、勞動力，更能及時搶測洪峰，提高預報準確性，對于防汛預報具有重要意義。現(xiàn)以孝感市萬福閘水文站為例對流速系數(shù)分析進行探討。

關鍵詞：萬福閘；流速系數(shù)；分析

1、基本情況

1.1 測站概況

萬福閘站設立于1950年12月，位于漢川市沉湖鎮(zhèn)。測驗項目有降水、水位、流量，為國家基本站，省級重要站，屬二類精度堰閘站。本站為汈汊湖出口控制站之一，資料序列長度65年，為防汛抗旱排澇、水資源管理評價、水生態(tài)、城市水文服務，收集探索水文相關的變化規(guī)律所需系列樣本資料。

1.2 水工建筑物情況

測驗河段為人工開挖的梯形河道，河道順直。兩岸均為壤土，河床為混凝土，中、高水主槽寬約100m。左岸建有1孔船閘一座，寬6.80m，高7.90m，閘底高程21.60。右岸建有泵機6臺，2009年對泵機進行改造，每臺機組功率由1600kw增加至2100kw。測流斷面上由80m處建有7孔反壓閘一座，每孔寬6.8m。

斷面及主要測驗設施布設情況：閘上基本水尺斷面位于閘上134m處，閘下水尺斷面位于閘下40m處，流速儀測流斷面位于閘上124m處。

1.3 工程運行情況

本站船閘淹沒堰流出現(xiàn)機會較多，船閘自由堰流和淹沒淹沒孔流出現(xiàn)機會較少。萬福閘主要控制水量交換，全年開關閘頻繁，具體運行情況通過選取兩個典型年（豐、平）計算發(fā)現(xiàn)，豐、平水年份淹沒堰流出流時間都較多，自由堰流、淹沒孔流出流時間都較少，豐水年泵機出流時間比平水年多。

1.4 流量測驗

本站1983年4月27日在船閘下口外面架設一座電動纜道，2000年該站實行間測后停用。本站流量測驗方法為流速面積法：（1）采用積點法～使用轉(zhuǎn)子式流速儀逐點測驗流速；（2）積分法即用聲學多普勒剖面流速儀（ADCP）以運動的方式測取垂線或斷面平均流速。

2、流速系數(shù)分析

2.1 分析原理

以某相對水深的流速代表垂線平均流速計算斷面流量和精測法流量值比較，得到每次流量的某相對水深的流速系數(shù)，然后取其平均值得到該相對水深的流速系數(shù)。公式如下：

Ki=Q精/Qi

式中：Ki——某相對水深流速系數(shù)

Qi——某相對水深流速計算的虛流量

Q精——精測法計算的流量

2.2 船閘測流斷面流速系數(shù)分析

本站在流速儀測流斷面采用水文纜道施測，相關因素與流量系數(shù)關系線不同水位級的流量測驗采用多線一點法（0.6或0.0），并隨機采用多線多點精測法，單個測點測速歷時要求至少100s以上，遇水位變化急劇時可縮短為60～100s。

船閘測流斷面的流速系數(shù)分析。船閘各類流速系數(shù)沒分析前采用規(guī)范規(guī)定的經(jīng)驗系數(shù)。本次分析時，根據(jù)船閘測流斷面底部堰檻變化情況，分別按堰檻填平之前和之后（1980年1月為界）兩種情況分別進行分析。A、船閘有堰檻各類流速系數(shù)分析：取用1975～1978年精測法資料33次，其水位變幅23.94～25.63m，水面流速變幅0.05～3.75m/s（數(shù)據(jù)來源于實測資料）。各類流速系數(shù)變化在0.96～0.97之間，相對水深0.6m處流速系數(shù)為0.97，與歷年采用值1.0相差較大（數(shù)據(jù)來源于實測資料）。B、船閘無堰檻各類流速分析：1980年1月將船閘堰檻填平，流速縱向變化與填檻之前不一樣，因而另行分析。現(xiàn)取用1983～1986年30次精測法資料進行分析，其水位變幅在24.55～26.46m，水面流速變幅在0.29～3.08m/s（數(shù)據(jù)來源于實測資料），各類流速系數(shù)在0.97～0.99之間，相對水深0.6處的流速系數(shù)為0.99，接近歷年采用值1.0（數(shù)據(jù)來源于實測資料）。

2.3 泵機測流斷面流速系數(shù)分析

泵機測流斷面的流速系數(shù)分析。即泵機測流斷面各類流速系數(shù)沒分析前采用規(guī)范規(guī)定的經(jīng)驗系數(shù)，本次按架設攔污柵之前和以后（以1980年1月為界）兩種情況分別進行分析。A、萬福閘基本斷面未架設攔污柵之前各類流速系數(shù)分析：取用1976～1979年46次精測法資料，其水位變幅在24.19～26.38m，水面流速系數(shù)變幅在0.036～0.90m/s（數(shù)據(jù)來源于實測資料），各類流速系數(shù)在0.94～0.99之間，相對水深0.6m處的流速系數(shù)為0.99，與歷年采用值1.0接近，水面流速系數(shù)為0.94，與歷年采用的經(jīng)驗系數(shù)0.89相差較大（數(shù)據(jù)來源于實測資料）。B、萬福閘基本斷面架設攔污柵以后各類流速系數(shù)分析：1980年1月攔污柵改裝后，流速縱向分布異常，把精測法流量資料作初步探討，各類流速系數(shù)變化在0.93～1.17之間，相對水深0.2、0.6和水面流速系數(shù)與經(jīng)驗系數(shù)相差較大。

分析結果如下表：

萬福閘站流速系數(shù)表

站名 流速儀相對位置

水面 0.2 0.5

萬福閘（船閘） 0.98 0.97 0.98

萬福閘（泵機） 1.17 1.11 0.95

結語

通過以上分析得到本站流速系數(shù)分別為：岸邊系數(shù)0.70，死水邊系數(shù)0.60為經(jīng)驗值；水面流速系數(shù)、相對水深0.2、0.5流速系數(shù)船閘分別為0.98、0.97、0.98，泵機分別為1.17、1.11、0.95，均為分析值。

【參考文獻】：

[1]《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）.

[2]《水工建筑物與堰槽測流規(guī)范》（SL537-2011）.

[3]《聲學多普勒流量測驗規(guī)范》（SL337-2006）.

[4] 《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）.endprint