紅水河巖石河床的垂線流速分布的分析.docx

1、水文水能紅水河巖石河床的垂線流速分布的分析游榮西（廣西壯族自治區(qū)柳州水文分站）I文摘】巖石河床崎嶇不平，水流非常素亂其垂線流速分布不完全適合于卡門對數(shù)流速分布公式，如果按照水文測監(jiān)規(guī)范規(guī)定的方法去測驗，多數(shù)方法將會產(chǎn)生較大的誤差，從而使流量產(chǎn)生偏大或偏小的可能性，導致上,下游水量不平街現(xiàn)象.經(jīng)過分析紅水河上兩個水文站的奏料，從中引出最佳測流方案,同時否定一些不適合于巖石河床特性的測驗方法.關(guān)鍵詢J嶺叢峰林孤峰卡門紊亂精度0引言紅水河是珠江干流,發(fā)源于云南省曲靖市西北部的馬雄山麓。它是指從南、北盤江交匯后的貴州省望謨縣蔗香起，到廣西象州縣石龍鎮(zhèn)下游約5km處的三江口止的河段。紅水柯屬于典型的窄深

2、河流，橫貫廣西中部,經(jīng)歷巖溶峰必、蜂林、孤峰等3大紀地段。河床由炭酸鹽類巖石組成，具有可溶性，由于亞熱?帶的高溫多雨氣候和水流的沖擊致使河床切割深（遷江站上游河床最低點高程為負珠江基面5m）,河床巖石崎嶇不平、千姿百態(tài)、水深流急、水流素亂，給水文測驗工作帶來相當大的困難。1基本情況1.1遷江站遷江站位于紅水河的下河段，流量測驗是用纜道自動輸送儀器，鉛魚重量250kg,測點位置未加懸索偏角改正起點距位置固定,精測法以五點法為主.但因是巖石河床,測河底附近測點時會有碰撞儀器的可能，所以當水深足夠時也有個別垂線施測三點法的。該站設(shè)立已有半個多世紀，但在1988年8月，出現(xiàn)一場有水文資料以來的最大洪水

3、，其重現(xiàn)期約為30年一遇，并且獲得更高水位的精測法資料（距峰頂僅差色08m）.給這次分析研究提供了寶貴的依據(jù)。該站目前使用的常測法是0.2d,0.8d的兩點法，并且經(jīng)過精簡分析,具有一定的誤差控制范圍，測量成果精度是較高的。但有時為了搶測洪水及下游清水河造成的變動回水頂托變化過程，個別也有用0,6d一點法或水面一點法混雜施測，上述兩種方法需經(jīng)過精簡分析雖存在較大的允許誤差,但因有精度較高的測點控制，所以影響不大。1.2綠建站綠建站位于紅水河的中河段，是都安站的平衡對比觀測站，都安站因測驗條件惡劣.已于1991年撤消，繼而以綠建站取而代之。綠建站流量測驗情況，和遷江站第一點相同，故不重述。該站目

4、前使用的常測法是58條的2d,08d的兩點法,未經(jīng)精簡分析，本身就無法確定有多少誤差存在，所以很難衡量流量成果精度。2分析計算2.1理論分析在流速儀測流方法中，影響垂線平均流速測算精度的因素很多，現(xiàn)僅談主要因素之一的流速測點分布多少而引起垂線平均流速計算上的誤差問題。垂線流速分布曲線，常見的有指數(shù)分布、對數(shù)分布等，下面談卡門對數(shù)流速分布公式：u=/+知。(1)VoV*式中:V垂線上距河底y處的流速；-垂線上水面流速；動力流速】-卡門常數(shù)，&自河底算起y處的相對水深。根據(jù)上式用積分法求垂線平均流速（其中包括某些變量的假定及定量等）得：V=116+0.267也。式中:V.垂線平均流速,其余

5、符號同上。當V.=l時占與V的關(guān)系如表1,據(jù)此得出卡門對數(shù)流速分布曲線特性為，從水面起往下算流速逐步遞減且測點流速與垂線平均流速的比值成直線關(guān)系.這就是水文測驗規(guī)范規(guī)定2.2實測資料的分析首先將高、中、低3級水位的精測法流量選出，除去用三點法測速的垂線,剩下的五點法測速垂線全部參加分析，因受巖石河床影響，一般來說都比較固定,所以按相同的起點距和順序來點繪水深與流速的關(guān)系，便于垂直和橫向比較，定線時采取先易后難原則，先確定關(guān)系點子密集的曲線，然后再排除偶然誤差影響的個別測點的垂線，從中發(fā)現(xiàn)，除相同的起點距線形變化很接近外，相鄰的起點跑統(tǒng)形也大致有關(guān)系。其次，用圖解法或分析法（經(jīng)過曲線勻修后-的測

6、點）來計算垂線平均流速，和將全斷面按近似相同變化的曲線來綜合（用相對位置）。具體做法是，將（2）式8移項，得已=L116+。267也，設(shè)Vh=1時,&又已知，求得表1。然后將實測資料代入上式左邊項，求得各種類型曲線的各個部位的實測V值,并計算出各種不同測點下的垂線平均流速。又和利用表1值計算出各種不同測點下的垂線平均流速，以后者為衡量標準,即可得出不同類型曲線與卡門對數(shù)分布曲線的相對誤差，如表2所列。并將各種類型曲線點繪到比較圖1,2上。的各種垂線平均流速計算公式的理論依據(jù)也是本文分析的標準曲線。C1.00.90.80.70.6V1.116L1041.0901.0751.057,表1當

7、Ve=1時&與V的關(guān)系表t0.50.40.30.20.10.01V1.0361.0100.9760.9290.8490.582困1遷江站各類曲線比較圖圖2綠建站各類曲殘比枝圖差我們做了精簡測點流速引起的流量誤差計算，如表3所列，作為分析上，下游水量平衡的一項定性方面的工作。艮3綠建沖精簡測點流速引起波*的誤爰表艮2各種方法計耳垂線平均流速的相對誤羞（%）表It日期水位精測法。.幻addN點苗源速計算黑的誑誤是%1990.6,3。132.561361十«.8199Q.7.29US.461151+C.9199S8.1212S.241151+0.4曲H奧形方法三點法利點法點法母）一

8、點法水BD任江,形0.40.5Q.37.7D形0.6a.31-22.2電月形1.90.54.914.8S形4.41.211.0一5.4*D形2.3L54.0.一土2D形3-3Ld8.0一如0宰月形4.QZCS0-13.63幾點認識以巖石河床由于有它的特殊性.并且糙率比較大.洪水時部分垂線的0.8d流速大于2d的，所以垂線流速分布不完全適合于卡門對數(shù)流速分布公式，具體是了三點法、兩點法,。6d一點法等的3種方法都將使系統(tǒng)偏大。水面一點法的流速系數(shù)不是9,而是接近于1或大于1的變幅，故水面一點法將使系統(tǒng)偏小。b對于0.8d的流夜大于0.2d的問題及河底高程為負珠江基面的問題我們曾實地考察過遷江站的

9、測驗河段，原舊東渡碼頭左岸處有一座小石山延伸到河中，約占去河寬的1/2.水流遇著小石山的阻擋，無法向上運動.但水為了出路，當然往底下強烈的運動,所以逐漸淘空腳下，故水底的流速大于水面和河底高程出現(xiàn)負珠江基面高程，二者是符合實際情況的又例如黔江武宣站，同樣是巖石河床，比降下斷面處于急彎河段，由于水流高心力的作用，凹岸的流再有，表2所列的僅僅是流速的誤差還達不到目的.我們最終是求取流量的誤差，因為綠建站目前資料短缺，暫時還不能進行估算，但為了探索該站目前使用的未經(jīng)精簡分折的常測法誤速大，故沖刷嚴重，河底高程也趨近于珠江基面高程。也進一步說明巖石河床的斷面，0.8d的流速有個別會大于2d的，這是事實

10、的存在,并不是什么測驗誤差造成的.從遷江、綠建兩站的誤差分布來看，三點法的誤差要比兩點法的為大.o.6d一點法的誤差更大，所以最佳測流方案應該是兩點法。c.綠建站現(xiàn)用的兩點法常測法,從流速咱度來講，平均誤差為1.5%.引起流量的誤差為Oz",如表3所列.井且有防水荷的升高而遞增的趨勢.另外，199。年精測法水位的幅度并不高.距最高水位還差6m,很難設(shè)想其誤差數(shù)值.但從誤差符號分布來看是系統(tǒng)偏大無疑。又從，上、下游站水量平衡來看，用面積倍比法對照（馬隴、古蓬兩站控制面積很小，暫可忽略）'也說明綠建站的流量是偏大的，如表4所列.偏大的部位,從圖中可以看出，主要是水底部分。和41990年上、下游為水量平面對照我站名平均流量<m5/s)徑流量綠建+馬既一古蓬1S1Q5?2遷江183057?-區(qū)間來水量仃（）1.11n.9注，區(qū)間面積為4.1?3.山今后為了進一步探討巖石呵床的垂線流建分布，建議