水文站水面流速系數分析研究

李自順，陳玉斌

水文站水面流速系數分析研究

李自順1，陳玉斌2

（1.云南省水文水資源局，云南昆明650106；2.云南省水文水資源局紅河分局，云南蒙自661199）

從云南省水文站分布概況及其水面流速系數測驗情況、分析研究方法、誤差控制、分析研究成果等方面對水文站進行10 a水面流速系數測驗結果分析研究。截止目前為止，云南省156個水文站有138站采用水面流速系數分析值，占全省水文站的88.5%。其分析研究結果為：屬于云南境內的長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江流域水文站水面流速系數范圍分別為0.78～1.15、0.81～1.06、0.78～1.16、0.76～1.07、0.74～0.98、0.81～0.92。關鍵詞：水面流速系數；水文站；云南

隨著社會經濟發展對水文資料成果需求的日益增長，實現水資源永續利用對水文工作提出了更高更新的要求。近年來，社會經濟的快速發展不同程度地改變了河流的水沙情勢，使云南省水文測驗河段的復雜性更加突出，從資料審查的結果來看，因水文測驗環境的改變，各種測驗系數的不合理性也不斷顯現，甚至在一定程度上影響到部分測站的流量測驗精度。針對云南省大部分水文站的流量測驗系數一直沿用著“經驗值”或多年前“分析值”的實際情況，為進一步加強全省水文測驗工作、保證流量資料測驗精度，從2007年起在全省范圍內開展測驗并收集系數分析資料，通過2007—2016年10 a的辛勤測驗，積累了大量的分析資料，并在此基礎上對云南省水文站水面流速系數進行分析研究。

1 水文站分布概況

云南省地處祖國西南邊陲，北回歸線橫貫南部，東部與貴州省、廣西壯族自治區為鄰，北部同四川省相連，西北部緊倚西藏自治區，西部同緬甸接壤，南部同老撾、越南毗連，轄16個州、市，國土面積39.4萬km2。省境內河流眾多，有長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江6個流域水系，分布了156個水文站。云南省水文站各流域站數，見表1。

表1 云南省水文站各流域站數

2 水面流速系數測驗情況

水面流速系數測驗工作在云南省轄區內各水文站開展，從工作布置、組織實施到測驗分析成果形成，歷經10 a時間，并在2009、2016年分別進行了2次分析。具體工作主要從各水文站的測驗條件設置、分析計算方法選擇、精度評定等方面進行。依據10 a的系統比測資料，對各水文站水面流速系數進行了歸納，并得出初步分析成果。通過對各水文站測驗河段的變化情況、比測分析資料的可靠性及分析結論的合理性等方面認真細致的研究，確定2次分析可以采用水面流速系數的水文站數為138站；其中，長江流域有40站，珠江流域25站，紅河流域23站，瀾滄江流域24站，怒江流域15站，伊洛瓦底江流域11站。仍采用經驗值的共有11站，其中珠江流域1站、紅河流域4站、瀾滄江流域6站。未能分析和未采用經驗值的共有7站，其中長江流域3站、瀾滄江流域3站、怒江流域1站。云南省各流域水文站水面流速系數測驗及分析研究站數統計，見表2。

表2 云南省各流域水文站水面流速系數測驗及分析研究站數統計

3 水面流速系數分析研究方法

水面流速系數測驗分析研究工作主要依據《河流流量測驗規范》（GB 50179—2015）規定進行。水面流速系數均依據各水文站實測資料分析，由多點法或相對水深0.6一點法測速資料與加測水面流速資料研究確定。其線性回歸方程為：

式中：Q為斷面流量（m3/s）；K為相關系數（水面流速系數）；QX為斷面虛流量（m3/s）；C為待定常數。

在相關直線方程中，當斷面虛流量為0時，斷面流量也為0，所以直線方程中常數C為0，故相關直線方程可簡化為：

式中：各變量含義同上。

4 水面流速系數誤差控制

水面流速系數誤差控制包括測驗誤差控制和分析誤差控制。測驗誤差控制表現在測驗過程中對測流實機的把握和對水深、起點距、流速測量的控制。分析誤差控制采用趨勢線擬合程度指標R2，R2數值大小可以反映趨勢線的估計值與對應的實際數據之間的擬合程度，擬合程度越高趨勢線的可靠性就越高。R2取值范圍在0～1，當R2值等于1或接近1時趨勢線的可靠性最高，反之則可靠性較低。在本次水面流速系數分析中，要求R2大于0.90。R2的計算公式為：

式中：ssreg為回歸平方和；sstotal為總平方和。回歸平方和=總平方和-殘差平方和（ssresid）。

5 水面流速系數分析研究成果

通過對6個流域138個水文站水面流速系數分析研究得到，長江流域水文站水面流速系數范圍為0.78～1.15，珠江流域水面流速系數范圍為0.81～ 1.06，紅河流域水面流速系數范圍為0.78～1.16，瀾滄江流域水面流速系數范圍為0.76～1.07，怒江流域水面流速系數范圍為0.74～0.98，伊洛瓦底江流域水面流速系數范圍為0.81～0.92。從經驗值統計得到，珠江流域水面流速系數取值為0.90，紅河流域水面流速系數取值范圍為0.85～0.92，瀾滄江流域水面流速系數取值范圍為0.74～0.87。

6 水面流速系數影響因素及建議

6.1 影響因素

（1）測驗方面。部分水文站位于山區性河流上，山區性河流普遍存在陡漲陡落的水勢狀況，高水搶測洪峰時比測資料收集難度較大，加上精測法歷時較長，致使高水級比測資料缺乏，給分析成果帶來一定的隨機性。部分水文站受上游水利工程影響較大，測驗難度增加且失準。

（2）設備方面。部分水文站測流設備在高水時鉛魚重量不夠，致使測流鉛魚的纜道拉偏角大等情況發生，從而產生較大測驗誤差，對系數分析精度有影響。

（3）測驗河段方面。系數是對該測驗時段水流情況的綜合反映，當測驗河段發生變化如堵壩抽水、塌方等情況時往往對水面流速系數產生影響，但分析的系數往往不能及時反映這些變化。

6.2 建議

對于已采用水面流速系數分析值的水文站，每年應布置一定測次對分析值進行檢驗，發現變動時須及時開展新的對比測驗和分析。

目前分析成果是現有測驗設備的反映，當水文站測驗設備進行改造及測洪能力和精度得到提高時應開展新的對比測驗和分析。

當涉水建筑物對系數發生新的影響時須及時開展新的對比測驗和分析。

7 結論

根據實際工作需要及測驗條件，云南省156個水文站有138站進行了水面流速系數測驗分析。經分析研究發現，屬于云南省境內的長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江流域水面流速系數范圍分別為0.78～1.15、0.81～1.06、0.78～1.16、0.76～1.07、0.74～0.98、0.81～0.92，其分析成果可用于實際生產中。

TV11；P33

B

1004-7328（2017）02-0062-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.019

2016—12—25

李自順（1964—），男，高級工程師，主要從事水文測驗、資料整編工作。