基于沙里寨水文站水面流速系數分析研究

任海青

(遼寧省丹東水文局， 遼寧 丹東 118001)

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基于沙里寨水文站水面流速系數分析研究

任海青

(遼寧省丹東水文局， 遼寧 丹東 118001)

在實測河道流量時，往往因為洪水漲落急劇、洪峰歷時短無法采用多點法施測流速；或在采用浮標法及纜道流速儀法施測流量時，多采用水面一點法施測流速，而在計算垂線平均流速時涉及水面流速系數的問題。通過對大洋河沙里寨水文站實測的垂線五點流速，建立水面與垂線平均流速相關關系，確定該站水面流速系數。

沙里寨站； 實測流速； 垂線平均流速； 水面流速系數

1 問題提出

在實測河道流量時，往往因為洪水漲落急劇、洪峰歷時短無法采用多點法施測流速；或在采用浮標法及纜道流速儀法施測流量時，多采用水面一點法施測流速。在計算垂線平均流速時涉及水面流速系數的問題。水面流速系數是影響流量測驗成果精度的重要因素,通常根據測驗斷面的特性選用經驗系數,而采用經驗水面流速系數計算垂線平均流速與實際水面流速往往存在一定誤差，不能滿足精度要求。水面流速系數隨水力因素變化而變化，應根據不同的河流特性，采用不同的分析方法。水力學公式法，除了和水面浮標法存在同樣的面積確定困難問題外，還存在比降和糙率的取值問題，其精度也很低。作者根據沙里寨水文站五點法測速資料，進行水面流速系數計算及誤差分析，確定水面流速系數。

大洋河是丹東地區的主要河流，發源于鞍山市岫巖縣偏嶺鄉闊樹嶺山脈唐帽山，流經岫巖、鳳城、東港3縣(市)，在東港市大孤山馬家坨子附近注入黃海。全長201.7km，流域總面積6208km2。沙里寨水文站是大洋河的控制站，控制面積4810km2，河長157km，距河口距離44.7km，河道比降1.4‰。該站斷面處兩岸皆高山，由于受洪水漲落率及鴛鴦河來水混合影響，斷面極不穩定，水位流量關系曲線呈繩套形。流域內山峰林立，丘陵起伏，呈扇形形狀分布，平均海拔300m，至東港市境內，地勢開闊，平均海拔約100m。扇形地形容易造成洪水集中，形成暴漲暴落的洪峰，因此大洋河洪水有匯流時間短、來勢迅猛之特點。

2 水面流速系數計算

水面流速系數是垂線平均流速與垂線水面點流速的比值。本次分析計算水面流速系數采用的資料是在不同水深及不同起點距下實測的垂線多點流速數據，根據多點法計算垂線平均流速的方法計算的平均流速和相對應的水面流速的資料進行分析，建立相關關系，計算出水面流速經驗系數。

2.1 基本資料

分析流量測驗資料共37次，此次分析嚴格按照《河流流量測驗規范》(GB 50179—1993)要求進行，兼顧不同水位不同起點距分布測點測線，采用測船按五點精測法測速，實測水深在2～5m之間。

垂線平均流速計算公式為

式中Vm——垂線平均流速;

V0.0、V0.2、V0.6、V0.8、V1.0——相對水深為水面、0.2m、0.6m、0.8m、河底的測點流速。

2.2 水面流速系數計算

通過37次比測資料計算(見右表)，建立實測水面流速和計算平均流速間的關系，見下頁圖。從圖中點據分布看，關系點據相關性較好，通過相關分析得相關方程為

Y=0.84x

式中y——平均流速；

x——實測水面流速。

水面流速系數計算及誤差計算表

注 表內V0為V0.0乘以0.84所得。

沙里寨站流速系數關系圖

相關系數為R2=0.9886，相關程度較好。

通過分析計算得出，在水深為2.00～5.00m 時，沙里寨水文站水面流速系數為0.84。

2.3 水面流速系數分析

此次分析嚴格按照《河流流量測驗規范》(GB 50179—1993)要求進行，實測點據分布考慮到斷面不同起點距以及不同水位級。從上頁表實測結果的誤差分析看，不同起點距以及不同水深對流速垂線分布影響不太大。

由上頁表可見，全部37個點據的相對誤差均在±5%外包線以內，75%的點據相對誤差在±2.5以內。

按《水文測驗手冊》中對水流條件較差的大、中型河流，水深為1～5m時水面流速系數的取值范圍為0.78～0.85，該站分析計算的水面流速系數為0.84，在規范規定以內。

3 結 語

a.從分析計算結果看出，水面流速系數為0.84，相對誤差較小，具有一定的精度和可靠性。在流量測驗時，可以作為沙里寨站水面流速系數。

b.分析資料中不同水深流速系數的相對誤差無明顯變化，此系數可在高洪流量測驗時采用。

c.本文水面流速系數的分析方法是從實測資料的基礎上進行的，具有物理意義明確、易操作、快捷、精度高的特點。鑒于地區流域具有的普遍性，本文方法可供本地區其他水文站分析水面流速系數時參考。

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[2] 曹睿喆,閻壽松,張春芳.河道水面流速系數的確定方法[J].河南水利,2004(3).

[3] 孫景春.水面流速系數的分析方法[J].吉林水利,2001(1).

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[5] 陳德軍.黃泥莊水文站流速系數率定分析研究[J].江淮水利科技,2007(6).

Analysis and study on water surface flow velocity coefficient based on Shalizhai Hydrological Station

REN Haiqing

(LiaoningDandongHydrologyBureau,Dandong118001,China)

When the river flow capacity is actually measured, multi-point method cannot be adopted for measuring the flow velocity due to sharp flood falling and rising as well as short flood peak duration; or when buoy method and cable current meter method are adopted for measuring flow velocity, water surface one-point method is mostly adopted for measuring the flow velocity. When vertical average flow velocity is measured, water surface flow velocity coefficient is involved. Relationship between water surface and vertical average flow velocity is established through vertical five-point flow velocity actually measured in Dayang River Shalizhai Hydrological Station.

Shalizhai Station; measured flow velocity; vertical average vertical velocity; water surface flow velocity coefficient

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.04.014

TV123

A

2096-0131(2016)04- 0044- 03