永宁镇水文站水面流速系数的分析与确定.docx

1、永宁镇水文站水面流速系数的分析与确定陈登农（甘肃省陇南水文水资源勘测局，甘肃成县742500）摘要:永宁镇水文站近几年由于各种因素，测流断面发生较大变化,涨水后会有大面积的浅水区，浅水区测定流速计算流景时需要精确的水面流速系数。之前永宁镇水文站的水面流速系数是经验值0.85。现在通过缆道流速仪进行试骚，采用垂线法和断面流髭法对试验结果计算分析后,得到比较满意的结果，相关系数均达到0.97,确定水面流速系数为0.87。这个系数将用于永宁镇水文站的实际流髭资料的计算,并为受中小河流项目建设影响的其他中小河流上的水文站提供参考。关键词:流速系数;水文站;测流;中小河流中图分类号:TV123永宁镇水文

2、站是永宁河上唯一一座水文站，属国家基本水文站,始建于1959年1月，测验历史悠久，监测项目齐全。该站地处甘肃省陇南市徽县永宁镇，地理位置:东经106。11,北纬33。50二集水面积2071km距河口约15km。该站属于典型的山溪性河流，洪水主要由暴雨形成,起涨快,峰形尖瘦，峰顶一般持续23h。流域内植被良好，洪水起涨较快，回落缓慢，洪水容易累积。测验河段较为顺直,测流断面位于水尺断面以上19m处,断面最大水面宽155m,河床主要由卵石夹沙砾组成，断面以前冲於变化明显，现在由于人工采砂、修建河堤等原因，河床降低很多，冲於变化已经很小。水面流速系数相应的发生了较大变化。1基本概况水面流速系数的准确

3、程度决定流量测验成果精度，对水面流速系数进行试验分析是提高流量测验精度的重要途径。流量测验时遇到以下几种情况时均需测量水面流速:1）0.6一点法或三点法、五点法测速困难时就需测水面流速;2）流速较大测速仪器无法定位于测点位置时也只能测水面流速;3）水面漂浮物较多或铅鱼重量不够仪器无法入水或到达测点位置;4）洪水涨落急剧，为节省测验时间。永宁镇水文站近几年的测流断面由于水流冲於、人工采砂、修筑河堤等原因，河床有大约60%变的较为平整，其中还有一些芦苇丛被人工清除，成为平整的河滩，这样水位稍涨后很容易有大面积的浅水区，大洪水时流速较快，铅鱼也到不了水底，在日常的流量测验中使用的0.6一点法测速中铅

4、鱼无法达到测点位置。因此,只能用缆道以流速仪测水面流速，然后乘以水面流速系数,再借用断面来计算流量。采用经验水面流速系数计算垂线平均流速，往往不能满足精度要求。采用流速系数的关键问题是它的代表性问题，即流速系数的误差问题。水面流速系数随水力因素变化，不为常数,而且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。经分析论证，采用流速仪水面一点法和三点法算出水面流量系数，且算出水面一点法实测流量和三点法实测流量，用算术平均法和回归分析法最结果进行分析。实验工作外业操作机内业计算均按照规范要求执行，实毁第

5、一手资料及数据分析由作者留存。2试验概况2.1试验分析目的水面流速系数是水文站流量测验中常用到的参数,它关系到测验的流量数据的精度。当流速仪辄架轴离铅鱼底（0.20m）较高，在水深低于0.5m时就测不到相对水深0.6的位置，在测洪水时，因水中杂草过多，缠绕流速仪浆头,发生信号错乱或无信号时，很可能直接测到水面流速，乘水面流速系数换算出垂线平均流速，问题迎刃而解。目前使用的水面流速系数均按规范规定取值范围选取经验值，通过在站开展水面流速系数试验分析，用试验值取代现用水面流速经验系数，可进一步提高流量测验精度。2.2实验方法河道断面上架有电动缆道,铅鱼重200kg,按照25-1型流速仪测量水深及流

6、速。水深Im时采用垂线三点法(0.2、0.6、0.8)加测水面流速，水深21m时由于测不到相对水深0.2处的流速,采用垂线一点法(0.6)加测水面流速。2.3实验资料此次实验是在永宁镇永宁河左岸河堤建设完成后进行的，实验期间河水涨落两次，每次均超过300m3的流量，测流16次，共115条垂线水面流速水面流速系数比测资料，水位落差变副大于L5m(992.67m994.23m)，流景变幅6.35-260m2/so由于更大的流量时水面漂浮物过多，流速过大等原因，没有实验资料;测次均匀分布在不同的中、低水位处，因此，本次实验资料在中低水位时有较好的代表性。3试验数据处理及分析1) 实验数据均按照河流流

7、量测验规范要求处理和计算。由于河堤修筑完成后第一次洪水使断面发生较大变化,洪水前两次测量数据舍去。2) 用算术平均数法、回归线分析法对实验数据进行分析比较。(1) 算术平均数法根据使用的流速仪的流速仪公式V=0.2532N/S+0.0036计算出各测点的流速*2、此6、W根据三点法计算公式V平均=(*2+*6+知)/3和一点法V平均=峋.6计算出平均流速，再计算出平均流速和最大流速的比值K=V平均/匕.和K=V.6/匕.,K值即为水面流速系数，算出每条垂线的流速系数K求和，然后取平均值就是断面流速系数，即:匕=(虬+&+匕)/io计算结果：三点法计算时水面流速系数为0.8695，一点法计算时断

8、面流速系数为0.8686。(2) 回归线分析法根据水面流速和垂线平均流速绘出三点(0.2.0.6.0.8)垂线法平均流速水面三点法流速相关图如图1所示。和一点(0.6)垂线法流速和水面一点法流速相关图如图2所示。图1三点(0.2、0.6、0.8)垂线法平均流速与水面一点法流速相关图2点法(0.6)垂线平均流速与水面一点法流速相关可以看出三点垂线法的断面流速系数为0.8696,相关系数IV为0.9711;点垂线法的断面流速系数为0.8730,相关系数R2为。.9738。(3) 计算结果比较算术平均数法和回归线法计算分析结果很接近，两种方法的结论基本一致，因此采用分析得到的结果。它们的平均值为：K

9、断=(0.8695+0.8686+0.8696+0.8730)/4=0.870175(4) 实测断面流量对计算结果进行精确性验证确定断面流速系数的目的是在水文资料收集中更加精确的计算出流己，通过目的来验证这个系数最好不过，利用断面流量计算公式：Q=和式中冲=匕&。利用计算结果绘出图3。图3三点法平均流与水面一点法实测流相关图中3种方法的计算结果差别最大的不到10m图表较小，没有表现出三种测法中流量之间的偏差可以看出三点法与一点法和水面流速法计算结果很相近，回归方程相关系数达到0.9988,说明实验得出的断面流量系数精确性很高，适合采用到实际流量测验中。3) 水面流速系数试验方法中优选断面流量比

10、测法理论比较严密，得到的水面流速系数适合全断面应用，但断面两岸水深较小部分垂线平均流速难以用多点法(五点法、三点法、一点法)测得,影响比测试验成果精度。垂线比测法直观、简单，测量过程中水深大于Im处数据完整，从理论上讲把这个水深较深的水面流速系数延伸到全断面存在不足之处，但又比选取经验系数测验精度提高很多，而且在整个测觉过程中水深落差达到1.5m也能对不足之处有相应的补偿。4问题与建议1）由于永宁镇水文站测流断面所处位置水力坡降比较大,加之在大洪水时水面漂浮物较多，水流极不稳定，所以高水时只有水面流速资料，没有计入分析过程，分析资料范围较小，有待以后充实资料,继续分析探讨，对测量结果有一定影响

11、。2）测星过程中为了最后要计算流量验证结果，过水处都必有数据，因此，靠近岸边部分垂线水深达不到要求时,能测到的数据均有。3）水面流速系数在流段测验中使用频繁，也是提高流量精度的重要参数。很多一般水文站都采用的经验值，几十年河道断面发生了巨大变化，测最方法也有了很大提高,但是断面流速系数没有变化，这对数据的精确性有很大影响，建议每个水文站都对测流断面的断面流速系数进行确定，并且以后的流量测验工作中，应多积累一些有关水面系数试验资料,以做好水面流速系数的验证工作。5结语根据以上分析得出结果,永宁镇水文站的断面流速系数为0.870175，实际采用0.87,这个值将用（上接第31页）进一步强化建筑施工

12、噪声和对社会生活噪声的管理,突出控制交通噪声；另外，各城市认真执行“环境影响评价”和“三同时”制度，严格控制工业噪声污染源，加大力度查处扰民噪声源，治理未达标噪声源，设立环保举报电话,积极开展环境噪声扰民查处工作，采取多种措施和手段进行有效的管理和控制，使得道路交通噪声污染并未随着民用车数景的急剧增加而加重，反而呈下降趋势,全省声环境质量总体水平也明显好于2003年。5小结近10年来,全省道路交通噪声质量基本保持稳于永宁水文站以后的流量计算中。附近几个水文站也作为参考，定出了断面流速系数。整个实验过程测验数据分布在中低不同水位,较为合理,外业测量和内业计算均按照河流流量测验规范要求操作和计算，

13、用了两种以上方法进行结果对比，并对服务对象进行验证，成果质量可靠,具有很好的代表性。中国西部的中小河流上，河道类型、洪水过程断面成分等类似永宁镇水文站的站点很多，近几年国家针对中小河流治理投入较多，多数中小河流上的水文站断面都受到修河堤等工程建设的影响，受到影响的水文站应在工程竣工后尽快重新确定水面流速系数，以确保流量测验的精确性权威性，并且以后的流量测验工作中，应多积累一些有关水面系数试验资料，以做好水面流速系数的验证工作。参考文献：1 GB50179-93,河流流址测验规范G.2 陈学林，盛殿爱,王学良，等.内陆河流域河流水面流速系数比测试验研究J.水文,2010,30,（6）:112-113.3 吴中贻.水力学与水文测验基础知识M.黄河水利出版社,1995.4仇杰，陈建宏,李晓光.贵德水文站水面流速系数分析J.甘肃省水利水电技术,2011,20（1）：50-51.5陈滴祥.陈满祥水文水资源论文集M.兰州：兰州大学出版社,2001.定，总体呈好转趋势。即便如此%各城市道路交通声环境管治压力依然存在。随着城市建设