關(guān)中西部拓石站水面流速系數(shù)分析

摘 要：通過對拓石水文站2004年6月至2010年8月實(shí)測流量測驗(yàn)資料的相關(guān)分析，得出了水面流速與垂線平均流速相關(guān)關(guān)系，為關(guān)中西部沿渭地區(qū)有效提高單次測驗(yàn)質(zhì)量，提高測驗(yàn)精度有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：水面；垂線平均；流速；系數(shù)分析

1 測站概況

1.1 基本情況

拓石水文站位于陜西省寶雞市陳倉區(qū)拓石鎮(zhèn)，地處東經(jīng)106°32′，北緯34°30′，控制流域面積為29092km2，距河口距離470km，多年平均降水量為700mm。基本水尺斷面處高程870.867m。上游較大的支流有葫蘆河、牛頭河、通關(guān)河等。干流上分別設(shè)有北道、武山等12個水文站。

1.2 測驗(yàn)斷面情況

該站位于秦嶺山區(qū)，隴海鐵路和310國道沿渭河兩岸修筑，天然植被較好，深山多為喬木林，河兩岸居民地為淺山多灌木林和坡地梯田，河流較寬的漫灘有灘地農(nóng)田，鐵路和公路在部分河段修有人工河堤。河道右岸多為土石山坡，山勢較陡峻，左岸多為土山和少量石山，山勢相對較緩，遇暴雨水土流失嚴(yán)重。測驗(yàn)斷面右岸為自然斜坡河岸，左岸為人工修筑的漿砌石河堤。河床系沙礫石組成，本站測驗(yàn)斷面設(shè)有上、中、下三個測驗(yàn)斷面，基本水尺斷面兼浮標(biāo)中斷面及流速儀測流斷面，上下斷面間距150.0m。基本斷面架設(shè)有水文纜道，基上70.0m處的水泥大橋用于特殊水情及中、高水的浮標(biāo)法測流。

1.3 分析目的

水面流速系數(shù)是測驗(yàn)河段內(nèi)一定的水力因素的綜合反映，流速在垂線上的分布形式及其在斷面內(nèi)的變化情況是影響其流速系數(shù)的決定因素，而流速的分布和變化則與河段控制、斷面形狀及河床的變化有著直接的關(guān)系。拓石水文站自2003年6月建站以來各項(xiàng)流速系數(shù)均未經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，在特殊水情時，流速儀由于受各種水力因素的影響較大，在測驗(yàn)中只能采用水面測流時，只能采用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行流速計(jì)算，無法保證流量測驗(yàn)的單次質(zhì)量。為了提高測驗(yàn)精度，很有必要對該站的水面流速系數(shù)系數(shù)進(jìn)行分析。

2 資料的收集整理

本次分析流速儀水面流速系數(shù)分析采用拓石水文站2004年6月至2010年8月流速儀五點(diǎn)法（0.0、0.2、0.6、0.8、1.0），垂線分別布設(shè)在12.0m～40.0m，每條垂線的間距在3.0m～10.0m間實(shí)測的流量資料。根據(jù)各測點(diǎn)流速和垂線平均流速，對水面流速系數(shù)系數(shù)進(jìn)行分析，各站年多點(diǎn)法試驗(yàn)分析資料整理和摘錄見表1。

3 試驗(yàn)資料的分析方法

3.1 分析依據(jù)

依據(jù)《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》GB50179-93 第4.8.6條流速系數(shù)的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：

3.1.1 水面流速系數(shù)應(yīng)由多點(diǎn)法測速資料或其他加測水面流速的的資料分析確定。

3.1.2 水面流速系數(shù)

（1）相關(guān)法

依據(jù)本站2004年6月至2010年8月分別在水深范圍1.00m～2.3m。垂線12.0m～40.0m布設(shè)五點(diǎn)法（0.0、0.2、0.6、0.8、1.0）實(shí)測的25次實(shí)測流量，每條垂線的間距在3.0m～10.0m間。73組測速垂線，詳見水面流速和平均流速成果表1。如按K0.0=Vm/V0.0式分別求出各組水面流速系數(shù)，然后計(jì)算出各組水面流速系數(shù)的算術(shù)平均值K0.0=0.91。

（2）回歸方程式計(jì)算

根據(jù)流速成果表1，以垂線平均流速（Vm）為縱坐標(biāo)，以水面（V0.0）為橫坐標(biāo)，建立Vm～V0.0相關(guān)關(guān)系曲線圖，如圖1所示，從圖中可以看出本站水面流速與平均流速關(guān)系呈一帶狀。其相關(guān)直線方程為：y=0.8982x+0.0125，以此式可以推求出垂線平均流速。相關(guān)系數(shù)R為0.90接近于1，說明其相關(guān)關(guān)系非常密切，故其相關(guān)系數(shù)0.90與其相關(guān)法所計(jì)算的平均法計(jì)算系數(shù)0.91基本符合。

即垂線平均流速與水面流速系數(shù)關(guān)系為：y=0.8982x+0.0125。

3.2 水面流速系數(shù)的合理性檢查

3.2.1 三線檢驗(yàn)：從圖1上看，Vm～V0.0流速相互關(guān)系控制良好，各級流速關(guān)系保持相對穩(wěn)定，關(guān)系點(diǎn)子較密集成帶狀，通過點(diǎn)群中心，繪制一條光滑的Vm～V0.0關(guān)系線。對Vm～V0.0關(guān)系曲線進(jìn)行三種檢驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 拓石站 Vm～V0.0關(guān)系曲線檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算表

從檢驗(yàn)結(jié)果來看，Vm～V0.0曲線關(guān)系定線正確、合理，其精度符合規(guī)范要求。其系數(shù)便是二者之間關(guān)系曲線的斜率（縱坐標(biāo)值比橫坐標(biāo)值）。

3.2.2 回歸法檢驗(yàn)：根據(jù)應(yīng)用回歸方程Y=0.8982x+0.0125計(jì)算垂線平均流速（Vm～V0.0），再根據(jù)各次誤差計(jì)算統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 （Vm～V0.0）回歸法計(jì)算垂線流速誤差統(tǒng)計(jì)表

從以上誤差統(tǒng)計(jì)分析可以看出，Vm～V0.0相關(guān)誤差符合各項(xiàng)精度要求，分析合理。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對拓石水文站2004年至2010年實(shí)測五點(diǎn)法流速關(guān)系的分析，得出了本站水面流速與垂線平均流速系數(shù)的相關(guān)關(guān)系。根據(jù)各關(guān)系誤差分析，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)定要求。

建議：水面流速與垂線平均流速系數(shù)關(guān)系為：y=0.8982x+0.0125。

參考文獻(xiàn)

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[4]師奎，楊烈琴.林家村站寶雞峽渠道自動化測流方法的探討[J].陜西水利，2012年01期.

作者簡介：張 （1978.6-），男（漢族），陜西省寶雞市眉縣人，本科，工程師，主要從事水文勘測、工程設(shè)計(jì)等工作。

通訊作者：李波（1974.10-），男（漢族），陜西戶縣人，本科，工程師，主要從事水文勘測、資料整編等工作。