库鲁克栏干水文站中泓浮标系数分析

吾守尔·吾布里

（新疆维吾尔自治区喀什水文勘测局,新疆 喀什 844000）

0 引言

库鲁克栏干水文站是叶尔羌河上游干流控制站，1992 年下迁1.5 km至新断面，该站采用钢板直立式水尺观测水位，流速仪测速，在大水时采用中泓浮标测流。库鲁克栏干水文站在原站址没有浮标系数，下迁后进行了试验分析，确定中泓浮标系数为0.62。浮标测流系数的确定与河床组成、断面情形、风向风速和浮标材质等有着密切关系，其取值直接影响到流量计算的精度和水文资料的准确性。为了保证库鲁克栏干水文站的测验精度，以便及时发现浮标系数是否发生变动，需对迁站后的浮标系数进行复核，以判定其是否有变化，为测验提供可靠依据。

1 流域及水文站概况

叶尔羌河是新疆的第三大河，主要支流有克勒青河、塔什库尔干河、提孜那甫河三条，是冰雪补给为主降雨补给为辅的河流。全长1165 km，流域总面积9.89 万km2，最大年径流量为95.53×108m3，整个流域地貌南高北低。库鲁克栏干水文站位于塔什库尔干县大同乡库鲁克栏干村，于1959 年6 月22 日设立，是叶尔羌河上游干流控制站，下游约17 km处有支流汇入，距下游卡群站约112 km，地理坐标：东经76°13′，北纬37°44′，测站以上河长416 km，集水面积32880 km2。该站基本断面于1990 年下迁1.2 km至新断面。观测项目有：水位、流量、悬移质输沙率、降水量、蒸发量、气温、水温、目测冰情、固定点冰厚。距下游卡群站约110 km。

2 试验目的

叶尔羌河上游为高山狭谷，河道底坡较大，洪水由受高空气温影响冰川垮塌形成堰塞湖导致的溃坝性和冰川洪水形成。当形成堰塞湖或冰川融水时，会迅速形成较大洪水，且洪峰流速大，历时长，超出仪器设备测流能力，洪峰时河道漂浮物较多，流速仪施测流量难度较大，且不安全。

库鲁克栏干水文站测验河段岸较顺直，水流集中。最大洪水时，水面宽达150 m，一般洪水水面宽度也在80 m以上，测验河段左岸为山体岩石，右岸和河槽系砂砾石组成。该站测验河段控制条件良好，多年水位流量关系呈现单一线趋势。为保证水文测验精度，特别是大洪水浮标法测流的精度，需对浮标系数进行试验校核。

3 试验方法选定

根据库鲁克栏干水文站迁到新址的18 年水文资料，对高中低位（流量）进行划分：流量Q≥800 m3/s以上为大水；800 m3/s>Q≥100 m3/s为中水；Q<100 m3/s为小水。中泓浮标试验方法有比测试验法、水位流量关系曲线分析法和采用水面流速系数的试验资料间接确定浮法系数3 种方式。根据库鲁克栏干水文站的实际情况，此次中泓浮标系数复核采用比测试验法，在中、高水进行。每次先用流速仪测得实测流量，然后在断面上投放中泓浮标，按照流量测验规范要求，测得中泓浮标流量。为了确保流量测验准确性，在该站的不同水位级、不同风速气象条件下与常规流速仪进行了多次中泓浮标系数比测试验。本试验共进行了13 次，其中高水10 次。

4 中泓浮标系数试验影响分析

中泓浮标法测流是在大洪水高水位流速仪施测十分困难条件下的测流方法，一般要求测验河段中泓位置较为稳定，中泓流速比较集中的河流。库鲁克栏干水文站迁站前后的水文资料具有一致性，所设浮标中断面与测流断面重合，上断面位于上比降水尺断面，下断面位于下比降水尺断面，上下浮标断面间距120 m，水面宽约50 m，区间河段顺直，无支流汇入，无死水现象，也无向流域外的引水，视线条件好，符合满足浮标法测流条件。测验河段左岸由岩石组成，右岸和河床由卵石及砂砾石组成，河势稳定，符合中泓测流条件。根据中泓浮标测流原理，尽量避免河床变化、风速对测流的影响。

4.1 河床影响

库鲁克栏干水文站测验断面河较宽，平均水深相对较小，属宽浅河道。河段内无巨石和乱流、旋涡等，水流集中，主流在中弘。所以在试验时，要选用中泓主流，避免河床造成的影响，确保试验数据具有代表性。

4.2 风速风向影响

为了避免风速、风向对测验数据的影响，试验选择晴朗天气，避开风速影响。在水流向上，选择中泓主流，使其具有代表性。

4.3 浮标影响

《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）规定：水面浮标入水部分，表面应较粗糙，不成流线型[1]。根据库鲁克栏干水文站大水时流速大的特点。用手工制作的木质十字架作为浮标，浮标上面用线挂气球避免看不见浮标，投放方法是人工抛掷。测流时，一次投放3～5 个浮标。为了避免由于浮标入水深度不一致带来的误差，在制作浮标时争取每一个浮标重量均衡，大小一致，尽力减小误差。

4.4 试验要求

当叶尔羌河出现大洪水时，携带柴草等漂浮物较多，加之河面较宽，峰高浪大，水流湍急，对浮标测验造成巨大影响，对试验数据影响较大，因此浮标系数的比测试验应选择在多种水流条件下进行。在测验设备流速仪、秒表等仪器的准备上，要求准确，精度高。

5 比测数据分析及系数确定

5.1 资料整理

根据《水文测验实用手册》[2]规定,进行校测。选择浮标位置临近，运行正常，最长和最短运行历时之差不超过最短历时10%的浮标2 个，作为计算中泓垂线虚流量依据。校测的试验次数要大于10 次，当原采用的浮标系数与校测样本有显著性差异时，应重新进行浮标系数试验，并采用新的浮标系数。

经过校测，获得比测资料13 份，浮标最大水面流速7.0 m/s，最小0.5 m/s；流速仪测出的断面平均流速最大4.60 m/s，最小0.30 m/s。两组数据相差在误差范围内，经比较发现，它们都有一个比较接近的系数，说明比测数据的两个流速系数具有一定的规律和关系，可用于中泓系数的分析。

5.2 浮标系数计算

浮标系数计算采用公式：

式中：V断为实测流速,m/s；V虚为虚测流速,m/s；Kf为中泓浮标系数[3]。

根据比测数据绘制断面平均流速与虚流速关系曲线。绘制中，以断面平均流速为纵坐标，以浮标虚流速为横坐标，建立关系曲线（见图1），其相关系数为R2=0.995，相关关系较好，无明显偏差，关系曲线斜率K=0.630。

图1 库鲁克栏干水文站实测平均流速与浮标虚流速相关关系图

复核出的库鲁克栏干水文站浮标系数为0.63，与原浮标系数0.62 相差0.01，在误差范围内，因此可以说，该站浮标系数经过17 年的运行，河床等各方面情况变化不大，原浮标系数仍适用。

6 结语

本次试验没有考虑空气阻力即风对浮标系数产生的误差影响。从比测结果看出，比测的中泓浮标系数平均值为0.63，与17 年来的中泓浮标系数0.62 相比，误差较小，具有一定的精度和可靠性。在大洪水时，可以作为库鲁克栏干水文站中泓浮标流量测验的浮标系数。实测流量和中泓浮标虚流量两者相关关系较好，在高水时，可顺关系曲线趋势外延20%查用确定流量。