基于遼中站相對水深0.2流速系數探析

郭 松

（遼寧省沈陽水文局，沈陽 110043）

基于遼中站相對水深0.2流速系數探析

郭 松

（遼寧省沈陽水文局，沈陽 110043）

研究目的是確定遼中水文站0.2水深流速系數。通過該站2017年4～9月份實測流量資料的相關分析，用橋測斷面精測法垂線平均流速與相對水深0.2流速建立函數關系，從而確定橋測斷面相對水深0.2位置流速系數，為今后開展搶測洪峰流量提供科學依據。

遼中站；橋測斷面；相對水深；0.2流速系數

遼中水文站位于遼中區城郊鄉肖家崴子村，集水面積13.63萬km2，根據《水文站網規劃技術指導》分類，按直線原則，為大河控制站。該站為基本水情站，負責向中央、省防、市防、縣防報訊。1995年橋測實測最大流量4600m3，最高水位16.21m。流量測驗精度為Ⅰ類，泥沙為Ⅱ類。

1 問題的提出

遼中站測驗河段順直長1500m，低水由河岸控制，水面寬150m，中泓擺動頻繁，中水水面寬600m，流量超過1000m3/s時兩岸漫灘，水面寬1450m，兩岸灘地為大田作物，河床由淤泥、細沙組成。該站測驗方法為橋測，紅廟子公路橋長1490m，為井柱橋墩。根據遼中站測站特性制定了3套測洪方案。

1.1 方案1

應用EXC水文巡測車懸掛流速儀一點法（0.6）施測，通常情況采用此方案。

1.2 方案2

應用EXC水文巡測車懸掛流速儀一點法（0.2）施測，當洪水期間河道漂浮物較多或夜間測驗時采用此方案。

1.3 方案3

洪水期間巡測車發生故障時可臨時采用中泓浮標法方案。遼中站地處遼河中下游位置，斷面較長，中高水測驗會受水位漲落率及漂浮物等條件的限制，漂浮物經常為樹木，大田高顆作物，按常規一點法（0.6）施測，測驗工作非常困難，一旦測驗過程中巡測車懸索與漂浮物發生碰撞，影響測驗歷時和精度，嚴重的會對人員和車輛安全造成威脅。所以選擇方案時應根據實際情況，在滿足精度要求的前提下，宜本著安全、實用的原則，綜合權衡確定優選方案，本文采用一點法（0.2）流速系數，并進行分析。

2 測驗及資料

2.1 測速垂線布設

（1）測速垂線均勻分布，并能控制斷面地形和流速沿河寬分布的轉折點，主流和河灘水流相接處必須設置垂線，主河槽垂線布設較灘地為密。

（2）考慮橋測橋上測驗時橋墩對水流的影響，橋墩附近不應布設垂線，避開橋墩附近紊流區域。

（3）洪峰前后斷面有顯著變化時，應實測一次斷面，以便掌握河底變化情況，有利于重新布設測速垂線。

2.2 流速測點分布

根據垂線水深的大小，采用不同的流速測點數目。本站采用懸索測量，水深超過3m時采用5點法施測。儀器放至測點時，要使儀器轉軸中心或軛架中線偏離各該點的偏距不大于0.1m水深。施測水面流速時，流速儀旋轉部分不應露出水面。施測河底流速時，應使流速儀旋轉部分的邊緣離開河底2～5cm。

2.3 測驗歷時

按照GB50179—2015《河道流量測驗規范》要求，為了克服流速脈動對測速成果精度的影響，河道站在每個測點上的測速歷時，不應短于100s。本次參與分析的全部測驗數據，均保證在100s以上。

3 資料收集

根據GB50179—2015《河道流量測驗規范》，本次分析共采用該站2016年4月至2017年9月流量測驗數據30個，如表1。

表1 遼中水文站0.2流速系數統計

4 分析方法

4.1 回歸分析法

在掌握大量觀察數據的基礎上，利用數理統計方法建立因變量與自變量之間的回歸關系函數表達式，稱回歸方程式。以0.2水深流速（自變量X）為橫坐標，以垂線平均流速（因變量Y）為縱坐標做相關圖，可以看出兩者相關程度較好，通過點群中心定繪制一條直線確定回歸方程，經計算此直線的函數關系為y=0.89x，相關系數R2=0.99，R2表示自變量x與變量y相關的密切程度，R2越接近于1時誤差越小，點劇越靠近回歸直線，x和y的關系越密切。如圖1。

圖1 遼中站相對水深0.2流速系數

4.2 均值法

計算每組數據的垂線平均流速與0.2水深流速的比值（即表1中Vm/V0.2的均值），經過計算得出Vm/V0.2的均值為0.89。與回歸分析法所得系數0.89一致。

5 誤差分析

通過30組數據的相對誤差計算，得出該組數據的相對誤差。如表2。

表2 垂線平均流速與0.2流速誤差

由表2可知75%以上的相對誤差±3%之內，系統誤差=Σ相對誤差/30=0.17%，符合規范要求，表明0.2流速系數采用0.89是合理的。

6 結語

（1）通過對2016年4月至2017年9月的30組樣本進行分析計算得出0.2水深系數均值為0.89，相關函數分析得出系數為0.89，兩者一致，說明兩種分析方法得出的流速系數具有代表性，成果可靠，均值法是對回歸分析法的成果進行校核，由此可見，遼中水文站中高水測驗期間，0.2水深流速系數采用0.89是完全可行的。

（2）本次數據收集按照規范要求包含了中高水不同水位相關的流速數據，由圖1可以看出，流速1-1.5m/s的數據較多，流速2m/s以上的數據較少，其原因是高水時河道漂浮物較多，為保證流量測驗的準確性和及時性，只能選取漂浮物較少的垂線進行數據采集。建議在以后的流量測驗中，應該多積累一些高流速測驗數據，繼續做好0.2水深流速系數的分析工作，為遼中水文站采用0.2一點法測流提供有效的數據依據。

［1］GB 50179—2015，河道流量測驗規范［S］.

［2］朱曉原，張留柱，姚永熙.水文測驗使用手冊［K］.北京：中國水利水電出版社，2013.

［3］李選彧.黃臘坨站測流斷面水面及0.2流速系數分析［J］.科技創新導報，2012（15）.

［4］何永健，張斌.永慶水文站0.2相對水深流速系數分析［J］.山西水利科技，2010（3）.

［5］徐鵬云，滕飛.松江水文站橋測0.2垂線平均流速實驗系數分析［J］.吉林水利，2007（10）.

Analysis of 0.2 velocity coefficient based on relative depth of Liaozhong Railway Station

GUO Song
（Shenyang Hydrology Bureau of Liaoning Province， Shenyang 110043， China）

The purpose of this study is to determine the 0.2 velocity coefficient based on relative depth of Liaozhong hydrological station.Analysis of the measured flow data between April to September in 2017，the function relationship is established by the vertical average velocity of bridge survey section accurate measurement and 0.2 velocity of relative depth，the velocity coefficient is determined at the position of 0.2 relative depth of the bridge measuring section， and the paper provides scientific basis for measuring the peak flow velocity in the future.

Liaozhong Railway Station； bridge survey section； relative water depth； 0.2 flow velocity coefficient

TV131 文獻標識碼：B 文章編號：1672-9900（2017）06-0068-03

2017-09-20

郭 松（1979-），男（漢族），遼寧遼中人，工程師，主要從事水文水資源方面的工作，（Tel）15841788428。

尹健婷）