基于沙里寨水文站水面流速系数分析研究

任海青

(辽宁省丹东水文局， 辽宁 丹东 118001)



基于沙里寨水文站水面流速系数分析研究

任海青

(辽宁省丹东水文局， 辽宁 丹东 118001)

在实测河道流量时，往往因为洪水涨落急剧、洪峰历时短无法采用多点法施测流速；或在采用浮标法及缆道流速仪法施测流量时，多采用水面一点法施测流速，而在计算垂线平均流速时涉及水面流速系数的问题。通过对大洋河沙里寨水文站实测的垂线五点流速，建立水面与垂线平均流速相关关系，确定该站水面流速系数。

沙里寨站； 实测流速； 垂线平均流速； 水面流速系数

1 问题提出

在实测河道流量时，往往因为洪水涨落急剧、洪峰历时短无法采用多点法施测流速；或在采用浮标法及缆道流速仪法施测流量时，多采用水面一点法施测流速。在计算垂线平均流速时涉及水面流速系数的问题。水面流速系数是影响流量测验成果精度的重要因素,通常根据测验断面的特性选用经验系数,而采用经验水面流速系数计算垂线平均流速与实际水面流速往往存在一定误差，不能满足精度要求。水面流速系数随水力因素变化而变化，应根据不同的河流特性，采用不同的分析方法。水力学公式法，除了和水面浮标法存在同样的面积确定困难问题外，还存在比降和糙率的取值问题，其精度也很低。作者根据沙里寨水文站五点法测速资料，进行水面流速系数计算及误差分析，确定水面流速系数。

大洋河是丹东地区的主要河流，发源于鞍山市岫岩县偏岭乡阔树岭山脉唐帽山，流经岫岩、凤城、东港3县(市)，在东港市大孤山马家坨子附近注入黄海。全长201.7km，流域总面积6208km2。沙里寨水文站是大洋河的控制站，控制面积4810km2，河长157km，距河口距离44.7km，河道比降1.4‰。该站断面处两岸皆高山，由于受洪水涨落率及鸳鸯河来水混合影响，断面极不稳定，水位流量关系曲线呈绳套形。流域内山峰林立，丘陵起伏，呈扇形形状分布，平均海拔300m，至东港市境内，地势开阔，平均海拔约100m。扇形地形容易造成洪水集中，形成暴涨暴落的洪峰，因此大洋河洪水有汇流时间短、来势迅猛之特点。

2 水面流速系数计算

水面流速系数是垂线平均流速与垂线水面点流速的比值。本次分析计算水面流速系数采用的资料是在不同水深及不同起点距下实测的垂线多点流速数据，根据多点法计算垂线平均流速的方法计算的平均流速和相对应的水面流速的资料进行分析，建立相关关系，计算出水面流速经验系数。

2.1 基本资料

分析流量测验资料共37次，此次分析严格按照《河流流量测验规范》(GB 50179—1993)要求进行，兼顾不同水位不同起点距分布测点测线，采用测船按五点精测法测速，实测水深在2～5m之间。

垂线平均流速计算公式为

式中Vm——垂线平均流速;

V0.0、V0.2、V0.6、V0.8、V1.0——相对水深为水面、0.2m、0.6m、0.8m、河底的测点流速。

2.2 水面流速系数计算

通过37次比测资料计算(见右表)，建立实测水面流速和计算平均流速间的关系，见下页图。从图中点据分布看，关系点据相关性较好，通过相关分析得相关方程为

Y=0.84x

式中y——平均流速；

x——实测水面流速。

水面流速系数计算及误差计算表

注 表内V0为V0.0乘以0.84所得。

沙里寨站流速系数关系图

相关系数为R2=0.9886，相关程度较好。

通过分析计算得出，在水深为2.00～5.00m 时，沙里寨水文站水面流速系数为0.84。

2.3 水面流速系数分析

此次分析严格按照《河流流量测验规范》(GB 50179—1993)要求进行，实测点据分布考虑到断面不同起点距以及不同水位级。从上页表实测结果的误差分析看，不同起点距以及不同水深对流速垂线分布影响不太大。

由上页表可见，全部37个点据的相对误差均在±5%外包线以内，75%的点据相对误差在±2.5以内。

按《水文测验手册》中对水流条件较差的大、中型河流，水深为1～5m时水面流速系数的取值范围为0.78～0.85，该站分析计算的水面流速系数为0.84，在规范规定以内。

3 结 语

a.从分析计算结果看出，水面流速系数为0.84，相对误差较小，具有一定的精度和可靠性。在流量测验时，可以作为沙里寨站水面流速系数。

b.分析资料中不同水深流速系数的相对误差无明显变化，此系数可在高洪流量测验时采用。

c.本文水面流速系数的分析方法是从实测资料的基础上进行的，具有物理意义明确、易操作、快捷、精度高的特点。鉴于地区流域具有的普遍性，本文方法可供本地区其他水文站分析水面流速系数时参考。

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[5] 陈德军.黄泥庄水文站流速系数率定分析研究[J].江淮水利科技,2007(6).

Analysis and study on water surface flow velocity coefficient based on Shalizhai Hydrological Station

REN Haiqing

(LiaoningDandongHydrologyBureau,Dandong118001,China)

When the river flow capacity is actually measured, multi-point method cannot be adopted for measuring the flow velocity due to sharp flood falling and rising as well as short flood peak duration; or when buoy method and cable current meter method are adopted for measuring flow velocity, water surface one-point method is mostly adopted for measuring the flow velocity. When vertical average flow velocity is measured, water surface flow velocity coefficient is involved. Relationship between water surface and vertical average flow velocity is established through vertical five-point flow velocity actually measured in Dayang River Shalizhai Hydrological Station.

Shalizhai Station; measured flow velocity; vertical average vertical velocity; water surface flow velocity coefficient

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.04.014

TV123

A

2096-0131(2016)04- 0044- 03