堰流公式推流流量系統分析研究

李勇剛，鞏玉軍，田斌

（濟南市水文中心，山東 濟南 250014 ）

1 河道斷面的基本情況

萊蕪水文站在萊蕪二號橡膠壩以下設有兩個測驗斷面和一個水尺斷面。其中，壩下25 m為橋測斷面，中高水時采用橋測車在此斷面施測流量。壩下440 m設有基本水尺斷面，水位控制較好，水位～流量關系穩定。在基本水尺向下80 m 處有一寬281 m 的溢流實用堰閘，在溢流堰下10 m 的消力池下游有一寬281 m 矩形斷面。低水時人工涉水在該斷面用流速儀法進行流量測驗。該矩形護攤斷面用混凝土澆筑，斷面規則，護攤上下間距22 m。再往下游為天然河床，該河床受下游橡膠壩回水影響成為人工湖，但該人工測流斷面不受下游回水影響。

2 觀測資料的對比分析

2.1 原始流量資料選用

由于萊蕪水文站測驗斷面比較穩定，水位流量關系穩定良好，選取2004—2014 年近十年部分流量實測資料進行篩查分析，實測流量283次，低水流量測次89次對此次堰流流量系數分析意義不大，所以在流量資料選取上，選水位在179.60～182 m以內的流量資料，共選取流量測次194次。

2.2 水位流量關系分析

點繪水位～流量關系線并做三種檢驗，進一步分析確定所定水位～流量關系的合理性和對定線推流的精度進行評價。

2.3 水位～流量關系對照表

根據所定水位～流量關系曲線做水位流量關系對照表見表1。

表1 大汶河 萊蕪（三）站水位流量關系表水位：m流量：m3/s

3 流量系數計算分析

流態是正確選用計算公式的依據之一，一般應以實際觀測為準。根據實際現狀觀測，該河道實用堰閘出流狀態為自由堰流。根據堰閘類型和出流狀態選用流量計算公式，流量計算公式：Q=C1BHu3/2。依據水位流量關系對照表中的流量，反算流量系數C，見表2。

表2 流量系數計算表

根據不同水位級水位～流量系數點繪Z～C曲線。對所點繪的Z～C曲線做三種檢驗和標準差計算。所定水位～流量系數關系線穩定良好，檢驗通過。通過水位-流量系數對照表分析可得，自由堰流的Z～C曲線關系曲線型，曲線下端稍彎曲，隨著上游水頭HU增加，C值相應增大，并逐漸趨于平穩。水位在179.70～179.89 m時，系數C的范圍為1.99～2.09，取平均值為2.05；水位在179.89～180.09 m 時，系數C 的范圍為2.15～2.29，取平均值為2.22；水位在180.09～180.29 m時，系數C的范圍為2.29～2.33，取平均值為2.31；水位高于180.30 m時，系數C的范圍為2.33～2.34，取平均值為2.34。為驗證所取系數的合理性，對C 系數用另一種t 分布的原理，用假定的C 值系數計算流量關系線均值與實測水位～流量線均值比較驗算。確定C 值系數合理性，驗算過程如下：根據分級水位差，確定的流量系數，推算流量，定水位-流量關系線，并進行三種檢驗和標準差計算，驗證所確定的流量系數的合理性。

根據確定的流量系數計算流量，見表3。

表3 計算流量表

4 水位～流量關系曲線t（學生氏）檢驗

要判斷兩個樣本的總體均值是否可以認為相等，這時，可以先做一個假設，即H0：u1=u2，在此假設前提下看實際t值是否合理，來進行判斷。在H0成立時，根據總體均值取用公式：

式中字母含義同規范規程。

任意取n1=22，n2=22，x1i為第一組測點對關系曲線的相對偏離值。x2i為第二組測點對關系曲線的相對偏離值。根據附表2，附表8的計算值進行計算。x1x2——分別為第一、二組的平均相對偏離值。第1組總體均值為：10%，第2組總體均值為：2%。

兩組變量的總體方差相等的條件下，進行兩組樣本的均值比較，確定堰流公式推流所定水位流量關系曲線與流速儀測流所定水位流量關系曲線是否合并定線，進一步確定C值取用的合理性。

5 結論

①利用堰流公式法和流速儀法測流經過對比分析后，在不具備流速儀測流條件下，可以在不同級水位取用不同的堰流系數，用水工建筑物堰流公式法推求流量，解決本站中高水流量應急監測的難題。②通過對堰流公式系數的分析可得：堰流公式系數在中高水時隨水位的升高而增大，變化明顯。當水位升高到一定程度，堰流公式系數接近于2.34，低水時根據不同水位級，采用不同的系數計算流量，高水位時采用2.34流量系數計算流量，分析系數近似于測驗規范中堰流公式測流的經驗系數約2.00。③水工建筑物堰流公式法推求流量與流速儀法測流能合并定線，定線成果合理，用水工建筑物堰流公式法推求流量推流精度較高，滿足于水文測驗規范要求和整編規定要求。④通過對水位～流量關系定線分析，定線精度合理可靠，流量定線和推流所才用的方法符合測站特性和測驗情況，水位～流量關系穩定，可作為單值化分析的依據，分析后，可進行流量簡測。