孝感市万福闸流速系数分析

魏晓珊

摘要：近年来水文事业快速发展，水文站网不断扩大，功能不断完善，而基层测站位置偏远，人员相对较少，在极端气候频发，天气复杂多变的情况下，有关部门对水文的应急反应能力要求更高。准确的流速系数不仅能为水文巡测提供技术支撑，在防汛的关键时期节约宝贵的时间、劳动力，更能及时抢测洪峰，提高预报准确性，对于防汛预报具有重要意义。现以孝感市万福闸水文站为例对流速系数分析进行探讨。

关键词：万福闸；流速系数；分析

1、基本情况

1.1 测站概况

万福闸站设立于1950年12月，位于汉川市沉湖镇。测验项目有降水、水位、流量，为国家基本站，省级重要站，属二类精度堰闸站。本站为汈汊湖出口控制站之一，资料序列长度65年，为防汛抗旱排涝、水资源管理评价、水生态、城市水文服务，收集探索水文相关的变化规律所需系列樣本资料。

1.2 水工建筑物情况

测验河段为人工开挖的梯形河道，河道顺直。两岸均为壤土，河床为混凝土，中、高水主槽宽约100m。左岸建有1孔船闸一座，宽6.80m，高7.90m，闸底高程21.60。右岸建有泵机6台，2009年对泵机进行改造，每台机组功率由1600kw增加至2100kw。测流断面上由80m处建有7孔反压闸一座，每孔宽6.8m。

断面及主要测验设施布设情况：闸上基本水尺断面位于闸上134m处，闸下水尺断面位于闸下40m处，流速仪测流断面位于闸上124m处。

1.3 工程运行情况

本站船闸淹没堰流出现机会较多，船闸自由堰流和淹没淹没孔流出现机会较少。万福闸主要控制水量交换，全年开关闸频繁，具体运行情况通过选取两个典型年（丰、平）计算发现，丰、平水年份淹没堰流出流时间都较多，自由堰流、淹没孔流出流时间都较少，丰水年泵机出流时间比平水年多。

1.4 流量测验

本站1983年4月27日在船闸下口外面架设一座电动缆道，2000年该站实行间测后停用。本站流量测验方法为流速面积法：（1）采用积点法～使用转子式流速仪逐点测验流速；（2）积分法即用声学多普勒剖面流速仪（ADCP）以运动的方式测取垂线或断面平均流速。

2、流速系数分析

2.1 分析原理

以某相对水深的流速代表垂线平均流速计算断面流量和精测法流量值比较，得到每次流量的某相对水深的流速系数，然后取其平均值得到该相对水深的流速系数。公式如下：

Ki=Q精/Qi

式中：Ki——某相对水深流速系数

Qi——某相对水深流速计算的虚流量

Q精——精测法计算的流量

2.2 船闸测流断面流速系数分析

本站在流速仪测流断面采用水文缆道施测，相关因素与流量系数关系线不同水位级的流量测验采用多线一点法（0.6或0.0），并随机采用多线多点精测法，单个测点测速历时要求至少100s以上，遇水位变化急剧时可缩短为60～100s。

船闸测流断面的流速系数分析。船闸各类流速系数没分析前采用规范规定的经验系数。本次分析时，根据船闸测流断面底部堰槛变化情况，分别按堰槛填平之前和之后（1980年1月为界）两种情况分别进行分析。A、船闸有堰槛各类流速系数分析：取用1975～1978年精测法资料33次，其水位变幅23.94～25.63m，水面流速变幅0.05～3.75m/s（数据来源于实测资料）。各类流速系数变化在0.96～0.97之间，相对水深0.6m处流速系数为0.97，与历年采用值1.0相差较大（数据来源于实测资料）。B、船闸无堰槛各类流速分析：1980年1月将船闸堰槛填平，流速纵向变化与填槛之前不一样，因而另行分析。现取用1983～1986年30次精测法资料进行分析，其水位变幅在24.55～26.46m，水面流速变幅在0.29～3.08m/s（数据来源于实测资料），各类流速系数在0.97～0.99之间，相对水深0.6处的流速系数为0.99，接近历年采用值1.0（数据来源于实测资料）。

2.3 泵机测流断面流速系数分析

泵机测流断面的流速系数分析。即泵机测流断面各类流速系数没分析前采用规范规定的经验系数，本次按架设拦污栅之前和以后（以1980年1月为界）两种情况分别进行分析。A、万福闸基本断面未架设拦污栅之前各类流速系数分析：取用1976～1979年46次精测法资料，其水位变幅在24.19～26.38m，水面流速系数变幅在0.036～0.90m/s（数据来源于实测资料），各类流速系数在0.94～0.99之间，相对水深0.6m处的流速系数为0.99，与历年采用值1.0接近，水面流速系数为0.94，与历年采用的经验系数0.89相差较大（数据来源于实测资料）。B、万福闸基本断面架设拦污栅以后各类流速系数分析：1980年1月拦污栅改装后，流速纵向分布异常，把精测法流量资料作初步探讨，各类流速系数变化在0.93～1.17之间，相对水深0.2、0.6和水面流速系数与经验系数相差较大。

分析结果如下表：

万福闸站流速系数表

站名 流速仪相对位置

水面 0.2 0.5

万福闸（船闸） 0.98 0.97 0.98

万福闸（泵机） 1.17 1.11 0.95

结语

通过以上分析得到本站流速系数分别为：岸边系数0.70，死水边系数0.60为经验值；水面流速系数、相对水深0.2、0.5流速系数船闸分别为0.98、0.97、0.98，泵机分别为1.17、1.11、0.95，均为分析值。

【参考文献】：

[1]《水文资料整编规范》（SL247-2012）.

[2]《水工建筑物与堰槽测流规范》（SL537-2011）.

[3]《声学多普勒流量测验规范》（SL337-2006）.

[4] 《水文巡测规范》（SL195-2015）.endprint