永寧鎮(zhèn)水文站水面流速系數(shù)的分析與確定.docx

1、永寧鎮(zhèn)水文站水面流速系數(shù)的分析與確定陳登農(nóng)（甘肅省隴南水文水資源勘測(cè)局，甘肅成縣742500）摘要:永寧鎮(zhèn)水文站近幾年由于各種因素，測(cè)流斷面發(fā)生較大變化,漲水后會(huì)有大面積的淺水區(qū)，淺水區(qū)測(cè)定流速計(jì)算流景時(shí)需要精確的水面流速系數(shù)。之前永寧鎮(zhèn)水文站的水面流速系數(shù)是經(jīng)驗(yàn)值0.85。現(xiàn)在通過(guò)纜道流速儀進(jìn)行試騷，采用垂線法和斷面流髭法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分析后,得到比較滿意的結(jié)果，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.97,確定水面流速系數(shù)為0.87。這個(gè)系數(shù)將用于永寧鎮(zhèn)水文站的實(shí)際流髭資料的計(jì)算,并為受中小河流項(xiàng)目建設(shè)影響的其他中小河流上的水文站提供參考。關(guān)鍵詞:流速系數(shù);水文站;測(cè)流;中小河流中圖分類號(hào):TV123永寧鎮(zhèn)水文

2、站是永寧河上唯一一座水文站，屬國(guó)家基本水文站,始建于1959年1月，測(cè)驗(yàn)歷史悠久，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目齊全。該站地處甘肅省隴南市徽縣永寧鎮(zhèn)，地理位置:東經(jīng)106。11,北緯33。50二集水面積2071km距河口約15km。該站屬于典型的山溪性河流，洪水主要由暴雨形成,起漲快,峰形尖瘦，峰頂一般持續(xù)23h。流域內(nèi)植被良好，洪水起漲較快，回落緩慢，洪水容易累積。測(cè)驗(yàn)河段較為順直,測(cè)流斷面位于水尺斷面以上19m處,斷面最大水面寬155m,河床主要由卵石夾沙礫組成，斷面以前沖於變化明顯，現(xiàn)在由于人工采砂、修建河堤等原因，河床降低很多，沖於變化已經(jīng)很小。水面流速系數(shù)相應(yīng)的發(fā)生了較大變化。1基本概況水面流速系數(shù)的準(zhǔn)確

3、程度決定流量測(cè)驗(yàn)成果精度，對(duì)水面流速系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)分析是提高流量測(cè)驗(yàn)精度的重要途徑。流量測(cè)驗(yàn)時(shí)遇到以下幾種情況時(shí)均需測(cè)量水面流速:1）0.6一點(diǎn)法或三點(diǎn)法、五點(diǎn)法測(cè)速困難時(shí)就需測(cè)水面流速;2）流速較大測(cè)速儀器無(wú)法定位于測(cè)點(diǎn)位置時(shí)也只能測(cè)水面流速;3）水面漂浮物較多或鉛魚重量不夠儀器無(wú)法入水或到達(dá)測(cè)點(diǎn)位置;4）洪水漲落急劇，為節(jié)省測(cè)驗(yàn)時(shí)間。永寧鎮(zhèn)水文站近幾年的測(cè)流斷面由于水流沖於、人工采砂、修筑河堤等原因，河床有大約60%變的較為平整，其中還有一些蘆葦叢被人工清除，成為平整的河灘，這樣水位稍漲后很容易有大面積的淺水區(qū)，大洪水時(shí)流速較快，鉛魚也到不了水底，在日常的流量測(cè)驗(yàn)中使用的0.6一點(diǎn)法測(cè)速中鉛

4、魚無(wú)法達(dá)到測(cè)點(diǎn)位置。因此,只能用纜道以流速儀測(cè)水面流速，然后乘以水面流速系數(shù),再借用斷面來(lái)計(jì)算流量。采用經(jīng)驗(yàn)水面流速系數(shù)計(jì)算垂線平均流速，往往不能滿足精度要求。采用流速系數(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題是它的代表性問(wèn)題，即流速系數(shù)的誤差問(wèn)題。水面流速系數(shù)隨水力因素變化，不為常數(shù),而且應(yīng)根據(jù)不同的河流特性，采用不同的分析方法。水力學(xué)公式法，除了和水面浮標(biāo)法存在同樣的面積確定困難問(wèn)題外，還存在比降和糙率的取值問(wèn)題，其精度也很低。經(jīng)分析論證，采用流速儀水面一點(diǎn)法和三點(diǎn)法算出水面流量系數(shù)，且算出水面一點(diǎn)法實(shí)測(cè)流量和三點(diǎn)法實(shí)測(cè)流量，用算術(shù)平均法和回歸分析法最結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)工作外業(yè)操作機(jī)內(nèi)業(yè)計(jì)算均按照規(guī)范要求執(zhí)行，實(shí)毀第

5、一手資料及數(shù)據(jù)分析由作者留存。2試驗(yàn)概況2.1試驗(yàn)分析目的水面流速系數(shù)是水文站流量測(cè)驗(yàn)中常用到的參數(shù),它關(guān)系到測(cè)驗(yàn)的流量數(shù)據(jù)的精度。當(dāng)流速儀輒架軸離鉛魚底（0.20m）較高，在水深低于0.5m時(shí)就測(cè)不到相對(duì)水深0.6的位置，在測(cè)洪水時(shí)，因水中雜草過(guò)多，纏繞流速儀漿頭,發(fā)生信號(hào)錯(cuò)亂或無(wú)信號(hào)時(shí)，很可能直接測(cè)到水面流速，乘水面流速系數(shù)換算出垂線平均流速，問(wèn)題迎刃而解。目前使用的水面流速系數(shù)均按規(guī)范規(guī)定取值范圍選取經(jīng)驗(yàn)值，通過(guò)在站開展水面流速系數(shù)試驗(yàn)分析，用試驗(yàn)值取代現(xiàn)用水面流速經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可進(jìn)一步提高流量測(cè)驗(yàn)精度。2.2實(shí)驗(yàn)方法河道斷面上架有電動(dòng)纜道,鉛魚重200kg,按照25-1型流速儀測(cè)量水深及流

6、速。水深I(lǐng)m時(shí)采用垂線三點(diǎn)法(0.2、0.6、0.8)加測(cè)水面流速，水深21m時(shí)由于測(cè)不到相對(duì)水深0.2處的流速,采用垂線一點(diǎn)法(0.6)加測(cè)水面流速。2.3實(shí)驗(yàn)資料此次實(shí)驗(yàn)是在永寧鎮(zhèn)永寧河左岸河堤建設(shè)完成后進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)期間河水漲落兩次，每次均超過(guò)300m3的流量，測(cè)流16次，共115條垂線水面流速水面流速系數(shù)比測(cè)資料，水位落差變副大于L5m(992.67m994.23m)，流景變幅6.35-260m2/so由于更大的流量時(shí)水面漂浮物過(guò)多，流速過(guò)大等原因，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)資料;測(cè)次均勻分布在不同的中、低水位處，因此，本次實(shí)驗(yàn)資料在中低水位時(shí)有較好的代表性。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析1) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均按照河流流

7、量測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求處理和計(jì)算。由于河堤修筑完成后第一次洪水使斷面發(fā)生較大變化,洪水前兩次測(cè)量數(shù)據(jù)舍去。2) 用算術(shù)平均數(shù)法、回歸線分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。(1) 算術(shù)平均數(shù)法根據(jù)使用的流速儀的流速儀公式V=0.2532N/S+0.0036計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的流速*2、此6、W根據(jù)三點(diǎn)法計(jì)算公式V平均=(*2+*6+知)/3和一點(diǎn)法V平均=峋.6計(jì)算出平均流速，再計(jì)算出平均流速和最大流速的比值K=V平均/匕.和K=V.6/匕.,K值即為水面流速系數(shù)，算出每條垂線的流速系數(shù)K求和，然后取平均值就是斷面流速系數(shù)，即:匕=(虬+&+匕)/io計(jì)算結(jié)果：三點(diǎn)法計(jì)算時(shí)水面流速系數(shù)為0.8695，一點(diǎn)法計(jì)算時(shí)斷

8、面流速系數(shù)為0.8686。(2) 回歸線分析法根據(jù)水面流速和垂線平均流速繪出三點(diǎn)(0.2.0.6.0.8)垂線法平均流速水面三點(diǎn)法流速相關(guān)圖如圖1所示。和一點(diǎn)(0.6)垂線法流速和水面一點(diǎn)法流速相關(guān)圖如圖2所示。圖1三點(diǎn)(0.2、0.6、0.8)垂線法平均流速與水面一點(diǎn)法流速相關(guān)圖2點(diǎn)法(0.6)垂線平均流速與水面一點(diǎn)法流速相關(guān)可以看出三點(diǎn)垂線法的斷面流速系數(shù)為0.8696,相關(guān)系數(shù)IV為0.9711;點(diǎn)垂線法的斷面流速系數(shù)為0.8730,相關(guān)系數(shù)R2為。.9738。(3) 計(jì)算結(jié)果比較算術(shù)平均數(shù)法和回歸線法計(jì)算分析結(jié)果很接近，兩種方法的結(jié)論基本一致，因此采用分析得到的結(jié)果。它們的平均值為：K

9、斷=(0.8695+0.8686+0.8696+0.8730)/4=0.870175(4) 實(shí)測(cè)斷面流量對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行精確性驗(yàn)證確定斷面流速系數(shù)的目的是在水文資料收集中更加精確的計(jì)算出流己，通過(guò)目的來(lái)驗(yàn)證這個(gè)系數(shù)最好不過(guò)，利用斷面流量計(jì)算公式：Q=和式中沖=匕&。利用計(jì)算結(jié)果繪出圖3。圖3三點(diǎn)法平均流與水面一點(diǎn)法實(shí)測(cè)流相關(guān)圖中3種方法的計(jì)算結(jié)果差別最大的不到10m圖表較小，沒(méi)有表現(xiàn)出三種測(cè)法中流量之間的偏差可以看出三點(diǎn)法與一點(diǎn)法和水面流速法計(jì)算結(jié)果很相近，回歸方程相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9988,說(shuō)明實(shí)驗(yàn)得出的斷面流量系數(shù)精確性很高，適合采用到實(shí)際流量測(cè)驗(yàn)中。3) 水面流速系數(shù)試驗(yàn)方法中優(yōu)選斷面流量比

10、測(cè)法理論比較嚴(yán)密，得到的水面流速系數(shù)適合全斷面應(yīng)用，但斷面兩岸水深較小部分垂線平均流速難以用多點(diǎn)法(五點(diǎn)法、三點(diǎn)法、一點(diǎn)法)測(cè)得,影響比測(cè)試驗(yàn)成果精度。垂線比測(cè)法直觀、簡(jiǎn)單，測(cè)量過(guò)程中水深大于Im處數(shù)據(jù)完整，從理論上講把這個(gè)水深較深的水面流速系數(shù)延伸到全斷面存在不足之處，但又比選取經(jīng)驗(yàn)系數(shù)測(cè)驗(yàn)精度提高很多，而且在整個(gè)測(cè)覺過(guò)程中水深落差達(dá)到1.5m也能對(duì)不足之處有相應(yīng)的補(bǔ)償。4問(wèn)題與建議1）由于永寧鎮(zhèn)水文站測(cè)流斷面所處位置水力坡降比較大,加之在大洪水時(shí)水面漂浮物較多，水流極不穩(wěn)定，所以高水時(shí)只有水面流速資料，沒(méi)有計(jì)入分析過(guò)程，分析資料范圍較小，有待以后充實(shí)資料,繼續(xù)分析探討，對(duì)測(cè)量結(jié)果有一定影響

11、。2）測(cè)星過(guò)程中為了最后要計(jì)算流量驗(yàn)證結(jié)果，過(guò)水處都必有數(shù)據(jù)，因此，靠近岸邊部分垂線水深達(dá)不到要求時(shí),能測(cè)到的數(shù)據(jù)均有。3）水面流速系數(shù)在流段測(cè)驗(yàn)中使用頻繁，也是提高流量精度的重要參數(shù)。很多一般水文站都采用的經(jīng)驗(yàn)值，幾十年河道斷面發(fā)生了巨大變化，測(cè)最方法也有了很大提高,但是斷面流速系數(shù)沒(méi)有變化，這對(duì)數(shù)據(jù)的精確性有很大影響，建議每個(gè)水文站都對(duì)測(cè)流斷面的斷面流速系數(shù)進(jìn)行確定，并且以后的流量測(cè)驗(yàn)工作中，應(yīng)多積累一些有關(guān)水面系數(shù)試驗(yàn)資料,以做好水面流速系數(shù)的驗(yàn)證工作。5結(jié)語(yǔ)根據(jù)以上分析得出結(jié)果,永寧鎮(zhèn)水文站的斷面流速系數(shù)為0.870175，實(shí)際采用0.87,這個(gè)值將用（上接第31頁(yè)）進(jìn)一步強(qiáng)化建筑施工

12、噪聲和對(duì)社會(huì)生活噪聲的管理,突出控制交通噪聲；另外，各城市認(rèn)真執(zhí)行“環(huán)境影響評(píng)價(jià)”和“三同時(shí)”制度，嚴(yán)格控制工業(yè)噪聲污染源，加大力度查處擾民噪聲源，治理未達(dá)標(biāo)噪聲源，設(shè)立環(huán)保舉報(bào)電話,積極開展環(huán)境噪聲擾民查處工作，采取多種措施和手段進(jìn)行有效的管理和控制，使得道路交通噪聲污染并未隨著民用車數(shù)景的急劇增加而加重，反而呈下降趨勢(shì),全省聲環(huán)境質(zhì)量總體水平也明顯好于2003年。5小結(jié)近10年來(lái),全省道路交通噪聲質(zhì)量基本保持穩(wěn)于永寧水文站以后的流量計(jì)算中。附近幾個(gè)水文站也作為參考，定出了斷面流速系數(shù)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)分布在中低不同水位,較為合理,外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)計(jì)算均按照河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范要求操作和計(jì)算，

13、用了兩種以上方法進(jìn)行結(jié)果對(duì)比，并對(duì)服務(wù)對(duì)象進(jìn)行驗(yàn)證，成果質(zhì)量可靠,具有很好的代表性。中國(guó)西部的中小河流上，河道類型、洪水過(guò)程斷面成分等類似永寧鎮(zhèn)水文站的站點(diǎn)很多，近幾年國(guó)家針對(duì)中小河流治理投入較多，多數(shù)中小河流上的水文站斷面都受到修河堤等工程建設(shè)的影響，受到影響的水文站應(yīng)在工程竣工后盡快重新確定水面流速系數(shù)，以確保流量測(cè)驗(yàn)的精確性權(quán)威性，并且以后的流量測(cè)驗(yàn)工作中，應(yīng)多積累一些有關(guān)水面系數(shù)試驗(yàn)資料，以做好水面流速系數(shù)的驗(yàn)證工作。參考文獻(xiàn)：1 GB50179-93,河流流址測(cè)驗(yàn)規(guī)范G.2 陳學(xué)林，盛殿愛,王學(xué)良，等.內(nèi)陸河流域河流水面流速系數(shù)比測(cè)試驗(yàn)研究J.水文,2010,30,（6）:112-113.3 吳中貽.水力學(xué)與水文測(cè)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)M.黃河水利出版社,1995.4仇杰，陳建宏,李曉光.貴德水文站水面流速系數(shù)分析J.甘肅省水利水電技術(shù),2011,20（1）：50-51.5陳滴祥.陳滿祥水文水資源論文集M.蘭州：蘭州大學(xué)出版社,2001.定，總體呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。即便如此%各城市道路交通聲環(huán)境管治壓力依然存在。隨著城市建設(shè)