1、南水北調與水利科技South-to-NorthWaterDiversionandWaterScience&Technology代表垂線平均流速與斷面平均流速關系分析李維華(河北省唐秦水文水資源勘測局，河北唐山063000)摘要：以楊家營水文站垂線平均流速、斷面平均流速實測資料為例，采用建立垂線平均流速與斷面平均流速相關關系曲線的方法，在通過定線精度檢驗的基礎上,來確定施測斷面平均流速的代表流速垂線，以簡化施測斷面平均流速的技術手段。采用代表垂線法施測斷面平均流速，可將多條測速垂線簡化至1條,故此實測斷面平均流速的總歷時可成倍縮短，這無疑保證了搶測洪水流量過程(尤其是峰谷轉折點)的測驗時

2、機。即采用代表垂線法施測斷面平均流速可達到即時控制洪水流量的劇烈變化過程、確保一次測流允許的水位漲落差不大于平均水深的I。'”和減輕測驗勞動強度的目的。關鍵詞:垂線平均流速;斷面平均流速;簡化流速垂線中圖分類號:P731文獻標識碼:A文章編號：1672-1683(2011)002-0088-03AnalysisofRelationshipofAverageFlowVelocityintheRepresentativeVerticalLineandSectionLIWei-hua(Tangshan-QinhuangdaoBureauofHydrologyandWaterResources

3、Survey,Tangshan063000,C/h'w)Abstract：TakingtheaverageflowvelocitymeasurementdatainverticallineandinsectionofYangjiayinghydrologicalstationasexamplebasedonaccuracytestingintheline,thisarticleconfirmstherepresentativeflowverticallineforsurveyingaverageflowvelocityinsectioruItestablishescorrelation

4、relationshipcurvebetweenaverageflowvelocityinverticallineandinsection,tosimplifytechnicalmeansofsurveyingtheaverageflowvelocityinsection.Becauseitcansimplifyvelocitymeasurementverticallinestoone,itcandoublyshortenthedurationofmeasuredaverageflowvelocityinsection.Itguaranteestheopportunityofmeasuring

5、floodflow(especiallyontheturningpointofpeak-valley).Forthismethoditcanimmediatelycontrolviolentchangeprocessoffloodflowtoensurewaterlevelfluctuationfallnomorethantenpercentofaveragewaterdepth,andreducethemeasurementlaborintensity.Keywords：averageflowvelocityinverticalline；averageflowvelocityinsectio

6、n；simplifyflowverticalline.收稿日期：2011-05-10修回日期：2011-06-02作者簡介:李維華（1954。,男，河北唐山人，高級工程師，從事水文水資源方面的工作。E-mail：lwh3791流域概況1.1 河流及地勢情況楊家營水文站位于為河北沿海水系泉水河上游。泉水河發源于豐潤區馬家莊戶村北，經火石營由北向南流，在王官營附近有上水路泉眼水支流匯入。經東黃各莊在雙橋附近注入陡河。河長38.5km,流域面積239km2o本站以上河長21km,集水面積143km?。河道縱坡7.8%。，流域平均寬度8.3km。河源地勢較高，最高山為達子山，海拔高度494m。中部皈依

7、寨、下水路、施家營村以北為淺山區，海拔高度為100m至300m,下部為農作區，高度在50m至100m之間。1.2 水利工程情況在20世紀60年代至70年代期間，在流域內先后建成?。ㄒ唬┬退畮?座，?。ǘ┬退畮旌蛪翁?座，總控制面積52.5km2,占流域面積的22%。在80年代流域內建有較大水利工程兩處。其一處為1984年建成的引還入陡渠跨流域引水工程（引還指引入潮白薊運河水系還鄉河水量，入陡指匯入河北沿海水系陡河水量），渠首建在邱莊水庫引還出口處,渠尾口設在楊家營站測驗斷面上游1.5km處，工程建設的主要任務是唐山市城鎮生活用水以及工農業用水,故此在每年的汛期前后渠道頻繁過水,其年放水總量占

8、泉水河年徑流的85%以上。第二處為1987年建成的皈依寨水庫，位于泉水河發源地下游主河道，控制面積40kn?,占流域面積的28%。自1984年建成跨流域引水工程以來，監測人工放水流量過程成為楊家營站日常的主要測驗任務。1.3 設站及斷面控制情況楊家營水文站始建于1953年，由唐山專署水利局設立,1963年歸屬河北省水利廳。測站管理類別為省級一般站,測站級別為小河站。兼做陡河水庫水量入庫控制站。測站管理類別為省級一般站。地處河北省豐潤區姜家營鄉郭莊子村，地理位置為東經118°12'14”,北緯39°5234位于河北沿海水系陡河西干支流泉水河上游，集水面積143km2,

9、測站基面為大沽基面。測驗河段順直長300m,人工梯形河槽，中高水水面寬在21.0m至23.0m之間。主河槽兩岸為砌石組成，河床質為粗砂黃土，無沖淤變化、斷面穩定。中高水斷面垂線平均流速橫向分布變化規律固定，無脈動影響，符合標準河道流速分布特性。除測驗斷面上游1.5km處建有跨流域引水工程（引還入陡渠）外，在測驗斷面下游300m、740m處還分別建有唐遷公路橋和八孔攔水閘。水流受人工控制，漲落率影響嚴重，中高水時水位流量關系線形為連時序型。2流量測驗、整編情況2.1流量測驗1984年跨流域引水工程建成后，隨著唐山市用水量逐年增大的趨勢，該站上游引還入陡渠匯入河道的放水過程次數相應增多。累計引還入

10、唐渠年度人工放水時間，年平均放水時間占全年的25%以上，且逐場放水過程漲落頻繁，放水過程的漲落頻繁主要受上游1.5km處引還入唐渠尾口閘門隨時變動影響,如渠的尾口處建有小型水利發電站，放水期間根據發電限定水位隨時調節閘門；其次受基本斷面下游740m攔河閘水量隨時調節控制影響，如當地群眾為解決閘上農田灌溉用水,在放水期間隨意開閉閘門。這樣將一次完整的放水過程,通過上下游閘門的頻繁調解，分解成了多次漲落水過程。一日內最多提閉閘門次數可達4次之多。這樣不但人為增加了放水場次,同時也成倍增加了監測放水過程的流量測次。此外由于上下游所設閘門距離測驗斷面斷面較近，每次閘門變動均會導致測驗斷面水位暴漲暴落，

11、最大水位漲落差可達5cm/min,相應水位變幅最高可達2m。上述放水過程現狀，無疑給搶測流量過程增加了人為的測驗困難。2.2整編定線由于該站測驗斷面受上述水流漲落率劇烈影響，對于不同放水漲落過程，其水波傳播所引起的附加比降相應改變。根據測驗斷面無沖淤變化的河道特性，在放水期間，相應推求流量:方法采用連時序法。該推流方法整編定線的基本原則：一是要求流量測次應足夠多，旦應分布合理，二是必須完整控制水位流量關系變化的轉折點，不應出現缺測、漏測，第三點尤為重要，就是要保證單次流量測驗精度。若該站在水流漲落率劇烈影響下，依然采用常測法測驗方案（s=10p=l2=100）布控流量過程和峰谷轉折點，必然受測

12、速總歷時制約，導致一次測流允許的水位漲落差超限，直接降低測驗精度和增大放水總量的推求誤差。3垂線、斷面平均流速關系分析為提高單次流量測驗精度、縮短流速測驗歷時、適時控制流量漲落過程及峰谷轉折點，收集了該站30次斷面平均流速、垂線（起點距19.0m處）平均流速流量實測資料（見表1），并據此進行測驗斷面簡化流速垂線的分析。測次水位/mv代/（ms】）%/（ms】）測次水位mV代/（ms】V斷）/（ms】）139.610.300.301640.000.580.552600.260.251739.710.420.403.40.770.860.821840.900.930.86441.100.990.9

13、119050.690.675110.990.902068'0.330.306251.000.932139.690.360.39739.800.530.4522600.250.25840.030.630.592340.540.790.75941.281.050.9524100.670.651040.900.970.882539.900.520.511139.870.530.502640.570.800.761240.240.750.6627050.590.6013260.700.7128800.860.8514040.690.652941.060.930.881539.700.450.4

14、33040.730.850.793.1簡化流速垂線分析根據實測資料繪制垂線平均流速與斷面平均流速的相關關系圖。得出起點距19.0m處的垂線平均流速與斷面平均流速具有良好的關系，相關系數為0.995,此垂線可作為施測斷面平均流速的代表垂線（圖l）o1.101.000.900.80L0.70£0600.500400300.200.100000.100.200.300.400500.600.70V./（mL）圖1垂線平均流速與斷面平均流速相關關系3.2關系線誤差評定由定線誤差評定表（表2）可以看出，實測點與關系線無明顯系統偏離，相對誤差均值為0.42%。相對誤差小于士5%的點子為93.3%

15、；相對誤差小于±3%的點子為80.0%,符合單一曲線定線精度指標。3.3 關系曲線三種檢臉（根據楊家營站流量三類精度檢驗） 符號檢驗（當Q=0.25時，的_“2=1.15）打=通二箜些迫套=o.91,因為以V以（1一2）則符0.5/n號檢驗合格。 適線檢驗（當a=0.10時*1/2=1.28）=0.5d70.5=i.,因為“v（l一。），適線0.5A-1檢驗合格. 偏離數值檢驗（當。=020時=31）£=2=聲）2/3（一1）=0.51,因為|z|Vsp偏離數值檢驗合格。表2定線誤差評定測次V代斷u查斷相對誤V斷V查斷相對誤/(ms“)/(m*sl)Am*sl)差(厭jsA

16、m*s'1)Am's-1)差(%)220.250.250.244.17190.690.670.661.5220.260.250.250.00130.700.710.692.9010.300.300.293.45120.750.660.71一7.04200.330.300.31-3.23230.790.750.741.35210.360.390.382.63260.800.760.760.00170.420.400.41-2.44300.850.790.80一1.25150.450.430.430.0030.860.820.802.50250.520.510.4610.87280

17、.860.850.823.6670.530.450.51-11.76180.930.860.860.00110.530.500.500.00290.930.880.862.33160.580.550.56-1.79100.970.880.89一1.12270.590.600.575.2640.990.910.901.1180.630.590.64-7.8150.990.900.900.00240.670.650.608.3361.000.930.912.20140.690.650.68一4.4191.050.950.941.06關系曲線測點標準差(三類精度站定線隨機不確定度指標精度為11%)S

18、e=k&N(%j*=4.6%,因為，隨機不確定度Xq=2湛3，符合三類站定線精度指標。3.5關系曲線擬合公式W斷=&+A】V代+人2咪+A3吟式中：A。=0.02238083693；A】=0.7991035572；A2=0.4043024104；A3=-0.3180207891斷為斷面平均流速(m/s);V代為起點距19.0m處垂線平均流速(m/s)。3.6公式適用范圍采用起點距19.0m處代表垂線平均流速(U代)適用條件如下。 流速適用范圍：0.20m/sWV代W1.05m/s； 限制水位(Z)：39.60m<Z<41.25mo4結語通過簡化流速垂線分析及分析結果,該站單次流量的斷面平均流速測驗可簡化為只施測起點距19.0m處垂線平均流速，并利用擬合公式計算出斷面平均流速，乘以相應的過水斷面面積的方法計算相應單次流量。參考文獻：1 GB50179-93,河流流量測驗規范.2 SD244-87,水文年鑒編印規范.3 SL244-1999,水文資料整編規范.(上接第87頁)面變化對徑流變化