權(quán)法計算實測流量的創(chuàng)建

楊中全 喬萬亮

（黑龍江省綏化水文水資源中心，黑龍江 綏化152050）

1 問題提出

隨著水文測驗的新發(fā)展，一些新的測驗儀器投入使用，尤其是流量的測驗方法不同，流量的計算方法也是多種多樣。但是，其中最基本的施測方法還就是流速- 面積法，流速- 面積法主要是通過流速、間距、水深等要素的測量，進行部分流速和部分面積的計算，最后推算出部分流量及全斷面流量。在計算部分流速和部分面積時，利用的是梯形計算方法，不管是流速沿水流方向分布還是水深沿斷面橫向分布，都是呈現(xiàn)外凸內(nèi)凹形變化，這樣，勢必對流量計算會產(chǎn)生偏小的現(xiàn)象？

如何解決或者計算更為接近實際情況？也就是怎樣克服梯形法帶來的不足之處？此文利用曲邊梯形上的中位線法來計算就可更接近或逼近真實值，即此文所指的權(quán)法計算流量。

2 流量模型原理

2.1 建立流量計算模型

流量是指河流或渠道單位時間內(nèi)通過某一過水斷面的水量。以往計算流量是通過計算部分流量，然后將部分流量加起來就得到全斷面流量。此次計算流量與以往的不同，首先是通過基本的實測數(shù)據(jù)計算斷面平均流速和斷面平均水深或面積，最后采用如下的斷面流量計算關(guān)系式：

式中：Q——斷面流量/ m3/s；B——斷面水面寬/m；d——斷面平均水深/m；V——斷面平均流速/m/s。

根據(jù)公式（1）需要測量斷面的水面寬、平均水深、平均流速，水面寬可直接測到，而斷面平均水深和平均流速是最為關(guān)鍵。

2.2 加權(quán)計算斷面平均水深

利用曲邊梯形的中位線代表每條測深線的測深值乘以對應(yīng)的相鄰前、后間的寬度即部分寬，也就是每一條測深與它相鄰前、后的測深線為分界，兩個前、后相鄰測線間距就是對應(yīng)該條測深線的權(quán)重。相鄰岸邊的測深線與該岸邊的間距就是岸邊水深的權(quán)重。其計算斷面平均水深公式如下：

表1 某站權(quán)法計算流量成果表

式中B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1——分別為斷面一岸水邊、第一條、第二條、……、第n 條、另一岸水邊測深線對應(yīng)的起點距/m；d0，d1，d2，……，dn，dn+1——分別為對應(yīng)斷面起點距B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1的水深/ m；。

2.3 加權(quán)計算斷面平均流速

一般情況下，流量測驗測深、測速線布設(shè)較均勻，所以流速對部分寬度的權(quán)重關(guān)系不是很大，這時主要與水深權(quán)重關(guān)系較為密切，為此給出計算斷面平均流速公式如下：

式中：V1，V2，……，Vn——分別為斷面第一條、第二條、……、第n 條測速線的平均垂線流速/m/s。這里把兩岸邊流速按零處理，其他符號同前。

3 實例

取某水文站2019 年30 次實測流量資料，先后采用公式（2）、（3）、（1）進行了嘗試計算，其結(jié)果如表1。從表中可以看出：原來傳統(tǒng)的流速- 面積法計算的流量確實偏小，30 次流量全部大于流速- 面積法計算的流量值，最大偏差為8%只一個，次大偏差6%的有5 次，最小偏差為1%，平均系統(tǒng)偏大4%。

4 結(jié)論

此次采用的是在沙質(zhì)河床條件下某站資料得到的試驗結(jié)果。該方法適用斷面是均質(zhì)的河床，且測線要求均勻分布，斷面線型以凹型為主、局部上凸較少的河流。

通過計算結(jié)果分析，過水斷面面積計算兩者出入不大，主要表現(xiàn)在流速上。流速尾數(shù)較流速- 面積法計算的數(shù)值多1～2，這充分說明了測驗斷面面積的測深線滿足要求，而測速線不夠，致使加權(quán)法計算斷面平均流速偏大，也就是流速- 面積法計算的數(shù)值偏小結(jié)果的出現(xiàn)。從一個側(cè)面反映了測深線和測速線的布設(shè)與斷面形狀、流速分布及河段狀況有著不同的規(guī)律和特點。

利用曲邊梯形的中位線進行斷面面積計算，這樣更能適合實際斷面形狀，以有限的測線計算面積逼近真值更快。

在測線分布均勻的情況下，對流速采用測深加權(quán)法進行計算，同樣也是一種曲邊梯形的中位線計算方法，因此，斷面平均流速計算也是高于流速- 面積法計算精度。