堰流公式推流流量系统分析研究

李勇刚，巩玉军，田斌

（济南市水文中心，山东 济南 250014 ）

1 河道断面的基本情况

莱芜水文站在莱芜二号橡胶坝以下设有两个测验断面和一个水尺断面。其中，坝下25 m为桥测断面，中高水时采用桥测车在此断面施测流量。坝下440 m设有基本水尺断面，水位控制较好，水位～流量关系稳定。在基本水尺向下80 m 处有一宽281 m 的溢流实用堰闸，在溢流堰下10 m 的消力池下游有一宽281 m 矩形断面。低水时人工涉水在该断面用流速仪法进行流量测验。该矩形护摊断面用混凝土浇筑，断面规则，护摊上下间距22 m。再往下游为天然河床，该河床受下游橡胶坝回水影响成为人工湖，但该人工测流断面不受下游回水影响。

2 观测资料的对比分析

2.1 原始流量资料选用

由于莱芜水文站测验断面比较稳定，水位流量关系稳定良好，选取2004—2014 年近十年部分流量实测资料进行筛查分析，实测流量283次，低水流量测次89次对此次堰流流量系数分析意义不大，所以在流量资料选取上，选水位在179.60～182 m以内的流量资料，共选取流量测次194次。

2.2 水位流量关系分析

点绘水位～流量关系线并做三种检验，进一步分析确定所定水位～流量关系的合理性和对定线推流的精度进行评价。

2.3 水位～流量关系对照表

根据所定水位～流量关系曲线做水位流量关系对照表见表1。

表1 大汶河 莱芜（三）站水位流量关系表水位：m流量：m3/s

3 流量系数计算分析

流态是正确选用计算公式的依据之一，一般应以实际观测为准。根据实际现状观测，该河道实用堰闸出流状态为自由堰流。根据堰闸类型和出流状态选用流量计算公式，流量计算公式：Q=C1BHu3/2。依据水位流量关系对照表中的流量，反算流量系数C，见表2。

表2 流量系数计算表

根据不同水位级水位～流量系数点绘Z～C曲线。对所点绘的Z～C曲线做三种检验和标准差计算。所定水位～流量系数关系线稳定良好，检验通过。通过水位-流量系数对照表分析可得，自由堰流的Z～C曲线关系曲线型，曲线下端稍弯曲，随着上游水头HU增加，C值相应增大，并逐渐趋于平稳。水位在179.70～179.89 m时，系数C的范围为1.99～2.09，取平均值为2.05；水位在179.89～180.09 m 时，系数C 的范围为2.15～2.29，取平均值为2.22；水位在180.09～180.29 m时，系数C的范围为2.29～2.33，取平均值为2.31；水位高于180.30 m时，系数C的范围为2.33～2.34，取平均值为2.34。为验证所取系数的合理性，对C 系数用另一种t 分布的原理，用假定的C 值系数计算流量关系线均值与实测水位～流量线均值比较验算。确定C 值系数合理性，验算过程如下：根据分级水位差，确定的流量系数，推算流量，定水位-流量关系线，并进行三种检验和标准差计算，验证所确定的流量系数的合理性。

根据确定的流量系数计算流量，见表3。

表3 计算流量表

4 水位～流量关系曲线t（学生氏）检验

要判断两个样本的总体均值是否可以认为相等，这时，可以先做一个假设，即H0：u1=u2，在此假设前提下看实际t值是否合理，来进行判断。在H0成立时，根据总体均值取用公式：

式中字母含义同规范规程。

任意取n1=22，n2=22，x1i为第一组测点对关系曲线的相对偏离值。x2i为第二组测点对关系曲线的相对偏离值。根据附表2，附表8的计算值进行计算。x1x2——分别为第一、二组的平均相对偏离值。第1组总体均值为：10%，第2组总体均值为：2%。

两组变量的总体方差相等的条件下，进行两组样本的均值比较，确定堰流公式推流所定水位流量关系曲线与流速仪测流所定水位流量关系曲线是否合并定线，进一步确定C值取用的合理性。

5 结论

①利用堰流公式法和流速仪法测流经过对比分析后，在不具备流速仪测流条件下，可以在不同级水位取用不同的堰流系数，用水工建筑物堰流公式法推求流量，解决本站中高水流量应急监测的难题。②通过对堰流公式系数的分析可得：堰流公式系数在中高水时随水位的升高而增大，变化明显。当水位升高到一定程度，堰流公式系数接近于2.34，低水时根据不同水位级，采用不同的系数计算流量，高水位时采用2.34流量系数计算流量，分析系数近似于测验规范中堰流公式测流的经验系数约2.00。③水工建筑物堰流公式法推求流量与流速仪法测流能合并定线，定线成果合理，用水工建筑物堰流公式法推求流量推流精度较高，满足于水文测验规范要求和整编规定要求。④通过对水位～流量关系定线分析，定线精度合理可靠，流量定线和推流所才用的方法符合测站特性和测验情况，水位～流量关系稳定，可作为单值化分析的依据，分析后，可进行流量简测。