状头(四)水文站流速仪水面系数分析 .pdf

状头四水文站流速仪水面系数分析状头水文站流速仪水面系数分析摘要：流速仪做为水文站流量测验工作的常规仪器，在洪水测验中，受测站水流条件，如测验断面形状、 设施测洪标准等因素影响，测速范围受到限制。可以通过流速仪水面系数试验分析工作， 解决流速仪中高水流速测量问题， 提高流速仪法测洪能力。关键词：流速仪；水面系数；试验分析一、测站概况状头站为北洛河干流控制站，属国家重要水文站，位于陕西省渭南市蒲城县永丰镇蔡村，东经 1090 50，北纬 350 00，控制流域面积 25645km2，距河口里程 130 km。1933 年由民国政府设立，2000 年 1 月改名为状头站。该站地处渭北丘陵区，测验段面顺直，河床由卵石及泥沙组成。设立上、中、下三个测验断面，上、下断面间距180m。根本水尺断面架设开口式吊箱铅鱼缆道，跨度 210m，为全自动测流控制系统，建于 2004 年。用于中低水流量、泥沙的测验，高水采用浮标法或电波流速仪法测流，流速测量采用 LS25-1、LS25-3 型流速仪。北洛河发源于陕西省定边县白于山南麓的草梁山，河流自西北流向东南，经吴起、甘泉、富县、洛川、黄陵、宜君、澄城、白水、蒲城、大荔至三河口汇入渭河。河长 680.3 km，流域面积 26905km2，河流平均比降1.98。北洛河主要支流有：葫芦河、沮水、头道川、周水。属暖温带大陆性半干旱季风气候，洪水主要由暴雨及连阴雨形成，多发生于7-9 月，洪水涨落急剧，漂浮物较多，实测最大流量为6280m3/s，实测最小流量为0.667m3/s，实测最大含沙量 1190kg/m3。多年平均径流量9.43 亿 m3，多年平均降雨量为 555mm。二、资料可靠性、代表性、一致性分析选用状头站 2004- 2021 年 42 次资料，均为旋浆流速仪比照试验分析资料，其中多点法资料 14 次，占33.3%，常测法28 次，占66.7%。流量测验布设6-9 条垂线，每条垂线布设1-3个测点，分别为三点法或流一点法。流速仪均经过检定，严格执行“四随工序，资料为计算机成果，正确无误、可靠，通过资料审查验收，满足水文分析计算要求；比照试验方法统一、仪器固定、人员稳定，比照试验分析资料的一致性、代表性较好。三、流速仪工作原理旋桨式流速仪的工作原理是： 当水流作用到仪器的感应元件旋桨时， 旋桨即产生回转运动，其回转率“n与流速“V之间存在着一定的函数关系V=f， 此关系是通过检定水槽实验确定。检定实验说明，当流速在 0.1m/s 以上时，旋桨式流速仪的检定公式为一线性关系，每架仪器检定结果均附有检定公式：V=bn+a 式中：V-流速；n-旋桨回转率，b-水力螺距；a-仪器常数。四、流速仪水面系数分析计算流速仪水面流速系数是垂线平均流速与垂线水面流速的比值。分析计算依据依据?河流流量测验标准?第 4.8.6 条流速系数确实定应符合以下规定： 畅流期水面流速系数应由多点法测速资料或其他加测水面流速的资料分析确定， 或根据实测的水面比降、 河床糙率等资料分析计算。流速仪水面系数分析方法1.均值法根据状头站 42 次试验分析资料，采用断面平均流速与水面平均流速，按K=V 断面/V 水面式分别计算各次水面流速系数，取均值，流速仪水面流速系数为0.90。式中 K=流速仪水面流速系数；V 断面=断面平均流速；V 水面=水面平均流速。2.回归方程法依据 42 次试验分析资料， 以水面平均流速为横坐标、 断面平均流速为纵坐标建立水面平均流速与断面平均流速相关关系，通过相关分析计算，回归方程为 y=0.90 x。利用回归方程求得其相关系数为 0.90，相关关系为 0.99，接近 1，说明 x、y 相关关系密切。状头站流速仪水面流速系数相关图见图1。3.流速仪水面系数确定流速仪水面流速系数分别采用均值法和回归方程法进行分析计算，均值法系数为0.90；回归方程法系数为 0.90，二种分析方法结果相近，综合两种分析结果，取均值。状头站流速仪水面流速系数定为 0.90。流速仪水面系数评定1.相关关系线的三项检验对建立的相关曲线做三项检验，即符号检验、适线检验和偏离数值的合理性检验，符号检验显著性水平 选用 0.25，适线检验显著性水平 选用 0.10，偏离数值显著性水平 选用0.20。经计算相关关系线的标准差为5.8%，随机不确定度为11.6%，系统误差为0.6%，检验结果满足中华人民国行业标准SL247-1999?水文资料整编标准?2.3-2.4 要求，相关关系较好。2.流速仪水面系数评定状头站流速仪水面流速系数为 0.90，依据试验资料进行合理性检验，检验结果满足标准要求。最大误差 13.7%，最小误差 0.14%，误差小于 5%合格率为 64.3 %，误差小于 8%合格率为 90.5 %。五、结论流速仪水面流速系数试验分析工作，严格按照?河流流量测验标准?要求，分别在中低水进行比照试验分析工作， 由于受到河流水流条件所限， 多点法资料偏少， 且无五点法试验资料，缺少中高水试验资料， 致使试验分析结果代表性存在一定局限性。 今后还应进一步补充中高水试验资料，完善分析成果。目前状头站中低水流速仪水面流速系数可确定为0.90。流速仪水面一点法作为水文站流量测量方法之一，其测验方法简单易行，单次流量测验精度较高，缩短测流时间，提高了流速仪法测洪幅度，可以作为抢测洪峰流量的备选方案。参考文献：【1】GB 50179-93，河流流量测验标准.【2】SL247- 1999，水文资料整编标准.