茧场水文站水面流速系数的试验与确定

杨文瑞

（辽宁省大连水文局,辽宁 大连 116001）

1 测站概况

茧场水文站是国家基本水文站，始建于1958年5月，集水面积1170 km2，距河口距离98 km。历史最大洪峰流量为3470 m3/s，相应水位47.14 m(假定基面）。下游50 km是大连市重要供水源地碧流河水库。是碧流河水库上游唯一入库控制站。担负着辽东半岛中南部抗旱防汛情报的发送和水文水资源勘测的任务。

2 断面控制情况

茧场站测验河段顺直长约500 m。两岸不受冲刷，左岸有防洪堤坝，河床均为卵石组成，基本水尺上游100 m及下游200 m枯水期形成迭水，使水流成S型流向；基上240 m处有一小支流。低水主流偏左岸。枯、低水时受急滩断面控制，高、中水时受下游弯道断面控制。水位流量关系呈稳定的单一线。

3 分析试验的目的及方案确定

3.1 分析试验的目的

水面流速系数是水文测站流量测验中经常用到的数据，它是保证流量测验的精度、提供可靠资料的重要依据。日常的水文测验中，经常遇到一些特殊的情况，比如水位变化特别急剧时，根本没有时间用常测去测取流速，大洪水期间受漂浮物和水草影响较大，相对水深0.6 m一点法时,漂浮物对信号线的缠绕，造成信号中断，另外水草极容易造成对流速仪的缠绕，影响流速，所以为了安全和测验精确度,只能抓住水面漂浮物较少的时机用缆道来测得水面流速。然后用水面流速系数换算垂线平均流速，借用断面面积进行流量计算。

为了科学合理地确定水面流速系数，满足流量资料整编精度，提高报汛质量，更好地为地方和社会服务，需要对茧场站的水面流速系数进行分析。

3.2 分析方法

水面流速系数是垂线平均流速与垂线水面点流速的比值。根据GB50179—93《河道流量测验规范》第4.8.6条规定：畅流期水面流速系数应由多点法测速资料或其他加测水面流速的资料分析确定，或根据实测的水面比降、河床糙率等资料分析计算。在《水文测验手册》对各种不同水流条件下河流所采用的水面流速系数取值范围做了一个大致的规定。但这只能作为一个参考的依据，要想取得更加精确的水文资料，必须要有一个准确的水面流速系数。

此次分析资料采用的实测流量资料利用平水期及洪峰的退水段,水位变化缓慢期间，对水深达到1 m以上的中高水位分别进行了三点法流速的测量。共有36条垂线参加计算、分析，其中垂线平均流速的计算公式为：

1）四点法（水面流速不参加计算）

计算公式：

式中：V垂——垂线平均流速，m/s；v0.2，v0.6,v0.8——分别为相对水深 0.2，0.6，0.8 的流速，m/s；

此方法简单易行，成果精度较高，故采用此法进行水面流速系数分析。

根据公式（1）计算出各条测速垂线的平均流速V垂，并将计算成果与水面流速V0.0进行汇总。以水面流速v0.0（自变量X）为横坐标，垂线平均流速V垂（因变量）为纵坐标，建立线性函数关系点，点绘关系图1。由图1可见，二者线性关系良好，分布成带状，通过点群中心绘一直线，经计算分析，得出的相关方程为：

图1 茧场站相关图

式中：V垂——垂线平均流速，m/s；v0.0——水面流速，m/s。

式中：r——相关系数；x=V1，y=V2；V1的值为0.80×水面流速，m/s；V2值为垂线平均流速，m/s。

表1 茧场站水面流速系数的计算（水面流速系数为0.80）

根据公式（ 2），（ 3）及表1的数据，得出相关系数r=0.933，理论上讲，相关系数r表示变量之间关系的密切程度。r越接近1时，表示误差越小，点距越靠近回归直线，直线方程V1与V2关系越密切。

通过计算表明，V1与V2相关关系较好，茧场水文站流速仪测流断面的水面流速系数0.80是合理可靠的。

4 结 论

此次分析严格按照《河流流量测验规范》要求进行，经分析取得水面流速系数0.80符合规范及本站的特性，能够较好的代表茧场站中高水位级的水面流速系数。

但由于时间跨度有限，比测资料系列短，对分析结果可能有一定的影响。为了进一步验证测验的精度，用常测法和水面一点法测流，分别计算，两种方法计算流量的相对误差均小于5%。在三线图上，水面一点法测得的流量无明显的偏差及点距明显的偏高、偏低现象。

水面流速系数的分析，对该站的流量测验具有重大的意义。不仅减轻了劳动强度，而且在汛期测验缩短了测流历时，提高了测验精度。对测验设施和测验人员都提高了安全系数。为流量资料整编提供了一个合理可靠的依据。为非常时期和特殊条件下提供了一种行之有效的测验方法。