水文站水面流速系数分析研究

李自顺，陈玉斌

水文站水面流速系数分析研究

李自顺1，陈玉斌2

（1.云南省水文水资源局，云南昆明650106；2.云南省水文水资源局红河分局，云南蒙自661199）

从云南省水文站分布概况及其水面流速系数测验情况、分析研究方法、误差控制、分析研究成果等方面对水文站进行10 a水面流速系数测验结果分析研究。截止目前为止，云南省156个水文站有138站采用水面流速系数分析值，占全省水文站的88.5%。其分析研究结果为：属于云南境内的长江、珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江流域水文站水面流速系数范围分别为0.78～1.15、0.81～1.06、0.78～1.16、0.76～1.07、0.74～0.98、0.81～0.92。关键词：水面流速系数；水文站；云南

随着社会经济发展对水文资料成果需求的日益增长，实现水资源永续利用对水文工作提出了更高更新的要求。近年来，社会经济的快速发展不同程度地改变了河流的水沙情势，使云南省水文测验河段的复杂性更加突出，从资料审查的结果来看，因水文测验环境的改变，各种测验系数的不合理性也不断显现，甚至在一定程度上影响到部分测站的流量测验精度。针对云南省大部分水文站的流量测验系数一直沿用着“经验值”或多年前“分析值”的实际情况，为进一步加强全省水文测验工作、保证流量资料测验精度，从2007年起在全省范围内开展测验并收集系数分析资料，通过2007—2016年10 a的辛勤测验，积累了大量的分析资料，并在此基础上对云南省水文站水面流速系数进行分析研究。

1 水文站分布概况

云南省地处祖国西南边陲，北回归线横贯南部，东部与贵州省、广西壮族自治区为邻，北部同四川省相连，西北部紧倚西藏自治区，西部同缅甸接壤，南部同老挝、越南毗连，辖16个州、市，国土面积39.4万km2。省境内河流众多，有长江、珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江6个流域水系，分布了156个水文站。云南省水文站各流域站数，见表1。

表1 云南省水文站各流域站数

2 水面流速系数测验情况

水面流速系数测验工作在云南省辖区内各水文站开展，从工作布置、组织实施到测验分析成果形成，历经10 a时间，并在2009、2016年分别进行了2次分析。具体工作主要从各水文站的测验条件设置、分析计算方法选择、精度评定等方面进行。依据10 a的系统比测资料，对各水文站水面流速系数进行了归纳，并得出初步分析成果。通过对各水文站测验河段的变化情况、比测分析资料的可靠性及分析结论的合理性等方面认真细致的研究，确定2次分析可以采用水面流速系数的水文站数为138站；其中，长江流域有40站，珠江流域25站，红河流域23站，澜沧江流域24站，怒江流域15站，伊洛瓦底江流域11站。仍采用经验值的共有11站，其中珠江流域1站、红河流域4站、澜沧江流域6站。未能分析和未采用经验值的共有7站，其中长江流域3站、澜沧江流域3站、怒江流域1站。云南省各流域水文站水面流速系数测验及分析研究站数统计，见表2。

表2 云南省各流域水文站水面流速系数测验及分析研究站数统计

3 水面流速系数分析研究方法

水面流速系数测验分析研究工作主要依据《河流流量测验规范》（GB 50179—2015）规定进行。水面流速系数均依据各水文站实测资料分析，由多点法或相对水深0.6一点法测速资料与加测水面流速资料研究确定。其线性回归方程为：

式中：Q为断面流量（m3/s）；K为相关系数（水面流速系数）；QX为断面虚流量（m3/s）；C为待定常数。

在相关直线方程中，当断面虚流量为0时，断面流量也为0，所以直线方程中常数C为0，故相关直线方程可简化为：

式中：各变量含义同上。

4 水面流速系数误差控制

水面流速系数误差控制包括测验误差控制和分析误差控制。测验误差控制表现在测验过程中对测流实机的把握和对水深、起点距、流速测量的控制。分析误差控制采用趋势线拟合程度指标R2，R2数值大小可以反映趋势线的估计值与对应的实际数据之间的拟合程度，拟合程度越高趋势线的可靠性就越高。R2取值范围在0～1，当R2值等于1或接近1时趋势线的可靠性最高，反之则可靠性较低。在本次水面流速系数分析中，要求R2大于0.90。R2的计算公式为：

式中：ssreg为回归平方和；sstotal为总平方和。回归平方和=总平方和-残差平方和（ssresid）。

5 水面流速系数分析研究成果

通过对6个流域138个水文站水面流速系数分析研究得到，长江流域水文站水面流速系数范围为0.78～1.15，珠江流域水面流速系数范围为0.81～ 1.06，红河流域水面流速系数范围为0.78～1.16，澜沧江流域水面流速系数范围为0.76～1.07，怒江流域水面流速系数范围为0.74～0.98，伊洛瓦底江流域水面流速系数范围为0.81～0.92。从经验值统计得到，珠江流域水面流速系数取值为0.90，红河流域水面流速系数取值范围为0.85～0.92，澜沧江流域水面流速系数取值范围为0.74～0.87。

6 水面流速系数影响因素及建议

6.1 影响因素

（1）测验方面。部分水文站位于山区性河流上，山区性河流普遍存在陡涨陡落的水势状况，高水抢测洪峰时比测资料收集难度较大，加上精测法历时较长，致使高水级比测资料缺乏，给分析成果带来一定的随机性。部分水文站受上游水利工程影响较大，测验难度增加且失准。

（2）设备方面。部分水文站测流设备在高水时铅鱼重量不够，致使测流铅鱼的缆道拉偏角大等情况发生，从而产生较大测验误差，对系数分析精度有影响。

（3）测验河段方面。系数是对该测验时段水流情况的综合反映，当测验河段发生变化如堵坝抽水、塌方等情况时往往对水面流速系数产生影响，但分析的系数往往不能及时反映这些变化。

6.2 建议

对于已采用水面流速系数分析值的水文站，每年应布置一定测次对分析值进行检验，发现变动时须及时开展新的对比测验和分析。

目前分析成果是现有测验设备的反映，当水文站测验设备进行改造及测洪能力和精度得到提高时应开展新的对比测验和分析。

当涉水建筑物对系数发生新的影响时须及时开展新的对比测验和分析。

7 结论

根据实际工作需要及测验条件，云南省156个水文站有138站进行了水面流速系数测验分析。经分析研究发现，属于云南省境内的长江、珠江、红河、澜沧江、怒江、伊洛瓦底江流域水面流速系数范围分别为0.78～1.15、0.81～1.06、0.78～1.16、0.76～1.07、0.74～0.98、0.81～0.92，其分析成果可用于实际生产中。

TV11；P33

B

1004-7328（2017）02-0062-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.019

2016—12—25

李自顺（1964—），男，高级工程师，主要从事水文测验、资料整编工作。