昭通市河流水面流速系數(shù)分析.docx

1、水資源研究第34卷第2期（總第127期）2013年6月昭通市河流水面流速系數(shù)分析（云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通567000）摘要：水面流速系數(shù)是河流流量測(cè)驗(yàn)中的一個(gè)關(guān)鍵系數(shù)，通若根據(jù)河流情況取用經(jīng)驗(yàn)值，不盡合理.常致使上下游水量不平衡。為進(jìn)一步提高流量測(cè)驗(yàn)精度，根據(jù)2003年至2008年昭通市區(qū)域內(nèi)各水文站收集的實(shí)測(cè)水面虛流量和常測(cè)法流量資料，對(duì)各水丈站水面液速系數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，得到各站水面流速系數(shù)的分析成果。該成果將使昭通市的流量測(cè)驗(yàn)特別是高洪流量測(cè)臉更準(zhǔn)確，計(jì)算的水量更符合實(shí)際。關(guān)鍵詞：水面虛流量；水面流速系數(shù)；分析；昭通收稿日期：2013-02-2i作者簡(jiǎn)介：孔雄斌，男，水文

2、工程師，主妥從亨水文測(cè)臉整編、水文水資源研究及應(yīng)用等工作。E-mail：kwbll81概述隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各種高科技產(chǎn)品的投入使用，水文測(cè)驗(yàn)條件得到了很大的改變，河流流質(zhì)測(cè)驗(yàn)手段也越來(lái)越先進(jìn)。然而，因儀器使用條件的限制，一些先進(jìn)的測(cè)流設(shè)備并不能簡(jiǎn)單地投入使用.流速儀法作為流量測(cè)驗(yàn)的基礎(chǔ)方法，仍是水文站使用得最多最廣的一種流量測(cè)驗(yàn)手段。洪水期高水流量測(cè)驗(yàn)測(cè)取水深較為困難，無(wú)法按常測(cè)法施測(cè)流鼠，只能施測(cè)水面流速計(jì)算流量。在這一過(guò)程中，水面流速系數(shù)的取用就顯得非常關(guān)鍵。為進(jìn)一步提高流魚資料精度，對(duì)2003-2008年昭通市區(qū)域內(nèi)各水文站收集的河流實(shí)測(cè)水面虛流At和常測(cè)法流扯資料，進(jìn)行了分析，

3、獲得了各水文站水面流速系數(shù)成果，這些成果將使昭通市河流的流量測(cè)驗(yàn)，特別是高洪流量測(cè)驗(yàn)更準(zhǔn)確，水嫩計(jì)算更符合實(shí)際。2水面流速系數(shù)分析此次研究收集f2003-2008年昭通市區(qū)域內(nèi)小河、豆沙關(guān)（二）、馬路村、牛街、曾口塘（二）、魚洞（五）、新華、洛甸河等8個(gè)基本水文站的水面流速系數(shù)比測(cè)資料，各站流址比測(cè)資料嚴(yán)格按照河流流量測(cè)驗(yàn)加范XGB50179-93）要求進(jìn)行，通過(guò)云南省水文水資源局組織的資料審查，精度是可靠的。除新華站不足30次，其余各站實(shí)測(cè)水面虛流最、常測(cè)法流量資料都在30次以上，港足規(guī)范對(duì)資料測(cè)次的要求。河流流域測(cè)驗(yàn)規(guī)范第5.6.6條規(guī)定斷面平均水面流速系數(shù)的試驗(yàn)，應(yīng)在選定的代表垂線上，用

4、流速儀施測(cè)垂線平均流速和水面流速，計(jì)算水面流速系數(shù)，通過(guò)關(guān)系曲線的轉(zhuǎn)換，即得斷面平均水面流速系數(shù)本次不用各垂線水面流速系數(shù)推求斷面平均水面流速系數(shù)，而是使用常測(cè)法各垂線平均流速計(jì)算的斷面流段和各垂線水面流速計(jì)算的斷面虛流量建立關(guān)系，直接推求斷面水面流速系數(shù)。各站水面流速系數(shù)分析采用常測(cè)法流量水面虛流量相關(guān)法、水位水面流速系數(shù)關(guān)系法進(jìn)行.并對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和誤差分析，考慮比測(cè)資料水位的代表性和測(cè)站實(shí)際綜合分析確定各站使用的水面流速系數(shù)值。2.1流相關(guān)法2.1.1相關(guān)方程流髭相關(guān)法采用常測(cè)法流就與水面虛流量建立直線關(guān)系確定水面流速系數(shù)。且因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，水面虛流量為零時(shí)，常測(cè)法流量也為零

5、，所以在進(jìn)行直線相關(guān)時(shí)其常數(shù)C應(yīng)設(shè)為零，故相關(guān)方程確定為：Q=k*q。（1）式中，K水為水面流速系數(shù);。為常測(cè)法流札m/；。為水面虛流量，m'/s。水面流速系數(shù)計(jì)算公式為：.£（。°-0）K*=上J（2）項(xiàng)。尸aI式中，Q°S為水面虛流量和均值，m'/”Q,、0為常測(cè)法流帔和均tf（,m3/s；n為樣本容雖。相關(guān)系數(shù)，計(jì)算公式為：-九。）（0-0）J/（Q。，&。）'/（。，-°尸2.1.2相關(guān)分析點(diǎn)繪各站常測(cè)法流域水面虛流址相關(guān)分析圖，小河、豆沙關(guān)（二）、牛街、浩甸河、新華站流量關(guān)系點(diǎn)密集，可通過(guò)點(diǎn)群重心確定相關(guān)線，求得

6、水面流速系數(shù)。馬路村、等口塘（二）、魚洞（五）站因關(guān)系點(diǎn)有偏離，水位水面流速系數(shù)法點(diǎn)據(jù)偏離更明顯，故綜合后根據(jù)不同水位（流速）級(jí)別分別確定相關(guān)線，分級(jí)確定水面流速系數(shù)。相關(guān)線示例見(jiàn)圖】2。010203040506070010203040506070GS.aL、«HSsIE圖2魚洞（五）站水面流速系敷相關(guān)分析2.2水位水面流速系數(shù)法水位水面流速系數(shù)法是根據(jù)各站水面流速系數(shù)比測(cè)時(shí),水位和水面流速系數(shù)建立關(guān)系，分析繪制各級(jí)水位水面流速系數(shù)關(guān)系線，確定水面流速系數(shù)。此法直觀地反映了水面流速系數(shù)和比測(cè)水位在各水位級(jí)的變化情況，使水面流速系數(shù)取值更準(zhǔn)確，高水外延使用范圍更合理；與流速相關(guān)法結(jié)合，

7、可以更好地確定水面流速系數(shù)。小河、豆沙關(guān)、牛街、洛甸河站水面流速系數(shù)變幅在0.80-0.90之間，馬路村站中高水在0.80-0.90之間，中低水在0.85-0.95之間；篝口塘站中高水在0.900.95之間，中低水在0.80-0.95之間；魚洞（五）站受電站放水和下游洋芋粉廠堵水影響，水面流速系數(shù)在0.75-0.90之間；新華站因斷面漫灘和分流影響，水面流速系數(shù)在0.70-0.95之間。水面流速系數(shù)關(guān)系線示例見(jiàn)圖34。2.3水面流速系數(shù)綜合分析2.3.1回歸方程的誤差分析回歸方程所確定的回歸線是與經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)據(jù)擬合最好（誤差最圖3洛甸河站水位水面流速系斂關(guān)系水的流速系數(shù)圖4魚洞（五）站水位水面流速系

8、敷關(guān)系?。┑呐浜暇€，只反映兩變量間的平均關(guān)系，按此關(guān)系計(jì)算的回歸流量值和實(shí)際值之間存在著誤差。根據(jù)誤差理論，回歸線的誤差服從正態(tài)分布，誤差的大小實(shí)際取決于均方誤的大小,且回歸線的均方誤Sq不應(yīng)大于均債的15%?；貧w線的均方誤S。計(jì)算公式為：統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，各站回歸線的均方誤Sq小于均值的15%。誤差分析結(jié)果見(jiàn)表1。2.3.2回歸方程的星著性檢驗(yàn)根據(jù)相關(guān)方程（也稱為回歸方程）得到回歸斷面流愀系列,計(jì)算回歸方程的F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，取信度水平a=0.05,分布表求得滿足關(guān)系式P（F>Fa（l,n-2）=a的臨界值FJl.n-2）,如果F>FB（l,n-2）,回歸方程顯著；或計(jì)算相關(guān)系數(shù)臨界值，

9、.（.-）（也可查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表得到），如果JIN'.p,且|r|N0.8,回歸方程顯著。F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)讖計(jì)算公式為：F=;（5）（n-2）£（Qj.祈尸I表1回歸方案顯著性檢驗(yàn)及誤差分析站名HAAS翱分新rF.r%0.150堵果Qi%。4.0989093.80.3120.99«10.5255.35的豆麻(二)QMQo.q4.4148781.10.4440.999隊(duì)4.8430.75馬牌Q=0.85Qo.q5.3181239.190.6320.W6it19013.06蝕Q=0.88Q°o4.38118*5.570.4330.9%21牯Q=0蝴,o4.16217

10、45.80.3440.999at2.4313.59合格Q，Wo.04.1687216.80.3441.0000.716.24舍格g（二）（HO.%。7.7091932.60.8110.999隊(duì)0.663.36合格敬o.o4.3013906.00.4（M0.997隊(duì)H（五）5地0.07.709497.40.8110.9%ai0.823.24合格5岬0。4.2251815.90.3740.991QFQao4.131532.70.3290.989a3.299.16合格衰2各站水面流速系敷綜合分析成果站名一水面流速系數(shù)-使用水位級(jí)各注原值分析值取用值小河0.850.850.85豆沙美(二)0.850.

11、870.87馬路村0.850.85/0.880.85低水實(shí)測(cè)水深牛街0.850.860.86洛旬河0.850.840.84管口增(二)0.850.930.931875.60m以上0.880.881875.60m及以下魚洞(五)0.850.890.891903.40m以上0.840.841903.40m及以下新華0.810.770.81取用原分析值式中，P為尸檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量；為回歸斷面流量，m'/s；Q,、0為常測(cè)法流量:和均值，m'/s。相關(guān)系數(shù)臨界值計(jì)算公式為：Fa(ltn-2)(n-2)+F.(l,n-2)式中，J.2>為相關(guān)系數(shù)臨界值；Fa(l,n-2)為F檢驗(yàn)臨界值；

12、幾為樣本容量。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，各站F>Fa(l,n-2),或|r|M且Ir|N0.8,回歸方程是顯著的。各站檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表】。2.3.3水面流速系數(shù)取用綜合以上分析，考慮比測(cè)水位的代表性，結(jié)合測(cè)站實(shí)際情況綜合確定。各站水面流速系數(shù)綜合分析成果見(jiàn)表2。3存在問(wèn)題受測(cè)流設(shè)備和測(cè)流歷時(shí)的限制,實(shí)測(cè)水面虛流量、常測(cè)法流量資料都分布于中低水，高水測(cè)點(diǎn)較少。比測(cè)水位變幅除新華站外均在1.52.4m之間，僅達(dá)到歷年水位變幅的一半，各站高水的水面流速系數(shù)基本上都是外延的，其值也就不可避免地還存在一定誤差，故各站今后有待于進(jìn)一步補(bǔ)充高水區(qū)和受纜道限制低水區(qū)的實(shí)測(cè)水面流速系數(shù)比測(cè)資料，對(duì)水面流速系數(shù)值作進(jìn)一步的

13、完善。4結(jié)語(yǔ)(1) 昭通市各水文站水面流速系數(shù)通過(guò)流量相關(guān)法和水位水面流速系數(shù)關(guān)系法分析，考慮了比測(cè)水位的代表性和水面流速系數(shù)在不同水位級(jí)的變化，回歸方程滿足F檢驗(yàn)(或相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn))，回歸線的均方誤均小于均值的15%,再結(jié)合測(cè)站實(shí)際情況綜合分析確定.成果更趨合理。(2) 8個(gè)水文站中，新華水文站因比測(cè)資料水位變幅小，僅0.54m,占其歷年水位變幅的12.6%,故認(rèn)為本次分析成果代表性尚不夠，仍使用原分析系數(shù)0.81。其余各站比測(cè)水位變幅均在1.5-2.4m之間，是歷年水位變幅的一半，比測(cè)水位是有代表性的。(3) 實(shí)測(cè)水面流速系數(shù)分析完成并投入使用，必將使流量測(cè)驗(yàn)特別是高洪流量更準(zhǔn)確，計(jì)算的水度

14、更符合實(shí)際，這對(duì)昭通市合理充分利用水資源具有重要的意義。參考文獻(xiàn)：(1 河流流量測(cè)曲現(xiàn)范(SL59-93)S.(2 水丈資料整0規(guī)范(SL247-1999)S.(3 黃振平.水丈統(tǒng)計(jì)原理M.南京：河海大學(xué)出版社,2002.(上接第20頁(yè))動(dòng)態(tài)汛限水位按實(shí)時(shí)水情所需防洪庫(kù)容控制水庫(kù)水位。有利于水庫(kù)合理處理防洪與興利矛盾、提高水庫(kù)效益。動(dòng)態(tài)汛限水位對(duì)水庫(kù)蓄泄給出的信號(hào)是明確的。如水庫(kù)水位處于其下方.則是安動(dòng)態(tài)汛限水位按實(shí)時(shí)水情所需防洪庫(kù)容控制水庫(kù)水位。有利于水庫(kù)合理處理防洪與興利矛盾、提高水庫(kù)效益。動(dòng)態(tài)汛限水位對(duì)水庫(kù)蓄泄給出的信號(hào)是明確的。如水庫(kù)水位處于其下方，則是安全的；如果接近或等于動(dòng)態(tài)汛限水位，則應(yīng)按相應(yīng)泄燃下泄；如超過(guò)，則應(yīng)加大下泄，以策安全。所以，對(duì)于防洪，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)洪水-動(dòng)態(tài)汛限水位是預(yù)警器，它隨時(shí)告知未來(lái)決策時(shí)段應(yīng)預(yù)留多大庫(kù)容；對(duì)興利，它是安全邊界，只要不超過(guò)它，就可放心操作?？傊?，不合理選用設(shè)計(jì)洪水使已建成水庫(kù)運(yùn)用難以合理處理防洪與興利矛盾，也難以明顯提高興利效益。只有采用決策時(shí)段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)洪水，才能合理處理防洪與興利矛盾，才有可能實(shí)