两种浮标测验法的对比分析

黄世洪，邹费祥

(长江水利委员会上游水文局，重庆，400014)



两种浮标测验法的对比分析

黄世洪，邹费祥

(长江水利委员会上游水文局，重庆，400014)

摘要：分析比较均匀浮标法或中泓浮标法的浮标系数和测验流量的精度，采用合理浮标测验方案来满足出现洪水超过常规测验能力或仪器设备故障时的流量测验，为流量报讯提供准确的测验成果。

关键词：高洪；均匀浮标法；中泓浮标法；流量测验

1问题的提出

当流速仪测速困难(如溜凌严重、洪水时漂浮物、涨落急剧)超出流速仪测速使用范围的高流速、低流速、小水深等或出现洪水超过常规测验能力或仪器设备故障时应根据所在河流的水情特点，制订浮标测验方案，分析均匀浮标法和中泓浮标法的在不同水情下的浮标系数和测验精度，采用合适精度的浮标方法测流，为流量报讯提供准确的测验成果。以长江委上游水文局北碚水文站为例进行探讨。

2北碚水文站概况

北碚水文站为嘉陵江下游干流控制站，位于嘉陵江观音峡内，测验河段顺直，两岸平缓而稳定。涨水期间河面有时有较多且分布较宽的漂浮物，上游1.0km处有朝阳嘉陵江公路铁索大桥。浮标测验时可在此投放，高洪流量测验方案采用均匀浮标法。近年由于河岸治理和测验河段上游20km左右修建了草街水电站等原因，涨水时出现河面漂浮物减少且较为集中在中泓位置的现象，受水利工程和其他因素的影响，可采用均匀浮标法和中泓浮标法这两种方法重新分析浮标系数和浮标测验精度。选取最合适的浮标流量测验来制定浮标测验方案。

3浮标测验方法

3.1均匀浮标流量测验

3.1.1极坐标法观测浮标和虚流量计算方法

图1 极坐标法观测浮标示意图

采用极坐标法观测水面浮标见图1，方法如下：

(1)仪器点置于基断3，起点距为M,其中M=0.0 m，后视河右岸基断12，后视角0°0′0″。则水面与仪器点高差

H=G+h-Z

G为基断3高程，h为仪高，Z为测时水位。

(2)假设浮标流经上下断面交点的水平角和立角(观读值)分别为:

A(α1，β1)、B(α2，β2)，坐标分别为A(X1，Y1)、B(X2，Y2)。那浮标点经过中断面时的起点距为(X0，Y0)，X0=0，Y0就为浮标的起点距。(备注：其中α1<90°，α2>270°。根据α1，α2决定X，Y的下列公式顺序。计算过程如下：

X1=H×tan(180°-β1)×cos(180°-(α1-270°))

Y1=H×tan(180°-β1)×sin(180°-(α1-270°))-M

X2=H×tan(180°-β2)×cos(90°-α2)

Y2=H×tan(180°-β2)×sin(90°-α2)-M

距离S：

AB两点斜率k:

起点距X即Y0

浮标流速V=S/T(T为浮标时间，单位s)

(3)虚流量Q′的计算。根据实测的浮标虚流速点绘横向分布曲线，查算固定垂线流速，结合断面资料应用常测法计算。

(4)浮标系数。根据任务书得出水面浮标系数为0.85，故实测流量Q=0.85Q虚。

3.1.2虚流量与水位流量关系线查算流量误差分析

在低水位时没有天然浮标，进行人工投放浮标，观测结果见表1。

表1　浮标流速实测表

表2　流速仪法垂线平均流速表

根据表1、表2绘制起点距～流速图见图2，根据图2查算固定垂线流速，计算浮标虚流量。

图2 均匀浮标流速图

3.2中泓浮标流量测验

3.2.1确定浮标系数

观测天然浮标，同步流速仪法施测流量。计算虚流量见表3。

使用中泓浮标法期间的流速仪法实测流量见表4,结合历年综合线绘制水位流量关系线图见图3。

表3　中泓浮标法与同步流速法流量表

表4　流速仪法实测流量

图3 水位流量关系线图

使用中泓浮标法测验时的水位在图3的线上查读出浮标法线上流量见表5。

表5　中泓浮标法时水位查读出的流量

根据浮标法实测流量和浮标法测验的水位在流速仪法定线上查读的流量计算浮标系数见表6。得出平均浮标系数为0.93。

表6　浮标系数计算表

4检验

均匀浮标法水面浮标系数0.85,Q=0.85Q虚，中泓浮标法水面浮标系数0.93，Q=0.93Q虚，结果见表7。

表7　浮标法流量检验表

备注：北碚站中低水为单一线关系，较稳定，中高水为绳套

5结语

(1)低水时使用人工浮标均匀浮标法测验流量与历年单一线水位流量关系比较相对误差偏大，因此此站不适合用均匀浮标法测验流量。

(2)水面浮标系数采用0.93时，中高水中泓浮标法计算流量与同步流速仪法实测的流量比较误差较小，用此方法制定的测站流量测验应急方案是可行的。

(3)中泓浮标法的计算流量可用作为水位流量关系线定线的流量点或参考。

(4)部分河段水文站由于受到上下游水利工程的影响，水利特效有所改变，有必要对原有的浮标测验流量应急方案进行重新测验分析。

参考文献：

[1]赵伯良. 多沙河流流量测验中的浮标系数问题[J]. 人民黄河，1981(06).

[2]蒋启石，李声馨. 浮标流速系数公式分析[J]. 水文，1985(03).

[3]陈志浩，屠新武. 浮标流量测验原处理好的几个关系[J]. 山西水利，2006(01).

[4]李建玲. 正义峡站浮标系数比测试验分析[J]. 甘肃水利水电技术，2010(01).

[5]欧阳凯，林天才，黄锦鑫. 长江中游河段水文测站浮标系数的分析率定[J]. 长江工程职业技术学院学报，2015，(32)03:4-6.

Comparative analysis on two buoy methods

HUANG Shi-hong，ZOU Fei-xiang

(Upper Riches Hydrographic Office of CWRC, Chongqing 400014, China)

Abstract：Buoy coefficient and precision of testing flood with uniform buoy method and Zhonghong buoy method are analyzed and compared, reasonable buoy test schemes are adopted to meet the needs of flow test when flood is above the power of regular test or at equipment failure, to provide accurate results for alarm of flow.

Key words：flood; uniform buoy method;zhonghong buoy method; flow test

收稿日期：2016-03-31

作者简介：黄世洪(1972-)男，重庆人，工程师，大学，主要从事水文测验与地形测量工作。

中图分类号：P332.4

文献标识码：B

文章编号：1673-0496(2016)02-0005-03

DOI:10.14079/j.cnki.cn42-1745/tv.2016.02.002