權法計算實測流量的創建

楊中全 喬萬亮

（黑龍江省綏化水文水資源中心，黑龍江 綏化152050）

1 問題提出

隨著水文測驗的新發展，一些新的測驗儀器投入使用，尤其是流量的測驗方法不同，流量的計算方法也是多種多樣。但是，其中最基本的施測方法還就是流速- 面積法，流速- 面積法主要是通過流速、間距、水深等要素的測量，進行部分流速和部分面積的計算，最后推算出部分流量及全斷面流量。在計算部分流速和部分面積時，利用的是梯形計算方法，不管是流速沿水流方向分布還是水深沿斷面橫向分布，都是呈現外凸內凹形變化，這樣，勢必對流量計算會產生偏小的現象？

如何解決或者計算更為接近實際情況？也就是怎樣克服梯形法帶來的不足之處？此文利用曲邊梯形上的中位線法來計算就可更接近或逼近真實值，即此文所指的權法計算流量。

2 流量模型原理

2.1 建立流量計算模型

流量是指河流或渠道單位時間內通過某一過水斷面的水量。以往計算流量是通過計算部分流量，然后將部分流量加起來就得到全斷面流量。此次計算流量與以往的不同，首先是通過基本的實測數據計算斷面平均流速和斷面平均水深或面積，最后采用如下的斷面流量計算關系式：

式中：Q——斷面流量/ m3/s；B——斷面水面寬/m；d——斷面平均水深/m；V——斷面平均流速/m/s。

根據公式（1）需要測量斷面的水面寬、平均水深、平均流速，水面寬可直接測到，而斷面平均水深和平均流速是最為關鍵。

2.2 加權計算斷面平均水深

利用曲邊梯形的中位線代表每條測深線的測深值乘以對應的相鄰前、后間的寬度即部分寬，也就是每一條測深與它相鄰前、后的測深線為分界，兩個前、后相鄰測線間距就是對應該條測深線的權重。相鄰岸邊的測深線與該岸邊的間距就是岸邊水深的權重。其計算斷面平均水深公式如下：

表1 某站權法計算流量成果表

式中B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1——分別為斷面一岸水邊、第一條、第二條、……、第n 條、另一岸水邊測深線對應的起點距/m；d0，d1，d2，……，dn，dn+1——分別為對應斷面起點距B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1的水深/ m；。

2.3 加權計算斷面平均流速

一般情況下，流量測驗測深、測速線布設較均勻，所以流速對部分寬度的權重關系不是很大，這時主要與水深權重關系較為密切，為此給出計算斷面平均流速公式如下：

式中：V1，V2，……，Vn——分別為斷面第一條、第二條、……、第n 條測速線的平均垂線流速/m/s。這里把兩岸邊流速按零處理，其他符號同前。

3 實例

取某水文站2019 年30 次實測流量資料，先后采用公式（2）、（3）、（1）進行了嘗試計算，其結果如表1。從表中可以看出：原來傳統的流速- 面積法計算的流量確實偏小，30 次流量全部大于流速- 面積法計算的流量值，最大偏差為8%只一個，次大偏差6%的有5 次，最小偏差為1%，平均系統偏大4%。

4 結論

此次采用的是在沙質河床條件下某站資料得到的試驗結果。該方法適用斷面是均質的河床，且測線要求均勻分布，斷面線型以凹型為主、局部上凸較少的河流。

通過計算結果分析，過水斷面面積計算兩者出入不大，主要表現在流速上。流速尾數較流速- 面積法計算的數值多1～2，這充分說明了測驗斷面面積的測深線滿足要求，而測速線不夠，致使加權法計算斷面平均流速偏大，也就是流速- 面積法計算的數值偏小結果的出現。從一個側面反映了測深線和測速線的布設與斷面形狀、流速分布及河段狀況有著不同的規律和特點。

利用曲邊梯形的中位線進行斷面面積計算，這樣更能適合實際斷面形狀，以有限的測線計算面積逼近真值更快。

在測線分布均勻的情況下，對流速采用測深加權法進行計算，同樣也是一種曲邊梯形的中位線計算方法，因此，斷面平均流速計算也是高于流速- 面積法計算精度。