庫魯克欄干水文站中泓浮標系數分析

吾守爾·吾布里

（新疆維吾爾自治區喀什水文勘測局,新疆 喀什 844000）

0 引言

庫魯克欄干水文站是葉爾羌河上游干流控制站，1992 年下遷1.5 km至新斷面，該站采用鋼板直立式水尺觀測水位，流速儀測速，在大水時采用中泓浮標測流。庫魯克欄干水文站在原站址沒有浮標系數，下遷后進行了試驗分析，確定中泓浮標系數為0.62。浮標測流系數的確定與河床組成、斷面情形、風向風速和浮標材質等有著密切關系，其取值直接影響到流量計算的精度和水文資料的準確性。為了保證庫魯克欄干水文站的測驗精度，以便及時發現浮標系數是否發生變動，需對遷站后的浮標系數進行復核，以判定其是否有變化，為測驗提供可靠依據。

1 流域及水文站概況

葉爾羌河是新疆的第三大河，主要支流有克勒青河、塔什庫爾干河、提孜那甫河三條，是冰雪補給為主降雨補給為輔的河流。全長1165 km，流域總面積9.89 萬km2，最大年徑流量為95.53×108m3，整個流域地貌南高北低。庫魯克欄干水文站位于塔什庫爾干縣大同鄉庫魯克欄干村，于1959 年6 月22 日設立，是葉爾羌河上游干流控制站，下游約17 km處有支流匯入，距下游卡群站約112 km，地理坐標：東經76°13′，北緯37°44′，測站以上河長416 km，集水面積32880 km2。該站基本斷面于1990 年下遷1.2 km至新斷面。觀測項目有：水位、流量、懸移質輸沙率、降水量、蒸發量、氣溫、水溫、目測冰情、固定點冰厚。距下游卡群站約110 km。

2 試驗目的

葉爾羌河上游為高山狹谷，河道底坡較大，洪水由受高空氣溫影響冰川垮塌形成堰塞湖導致的潰壩性和冰川洪水形成。當形成堰塞湖或冰川融水時，會迅速形成較大洪水，且洪峰流速大，歷時長，超出儀器設備測流能力，洪峰時河道漂浮物較多，流速儀施測流量難度較大，且不安全。

庫魯克欄干水文站測驗河段岸較順直，水流集中。最大洪水時，水面寬達150 m，一般洪水水面寬度也在80 m以上，測驗河段左岸為山體巖石，右岸和河槽系砂礫石組成。該站測驗河段控制條件良好，多年水位流量關系呈現單一線趨勢。為保證水文測驗精度，特別是大洪水浮標法測流的精度，需對浮標系數進行試驗校核。

3 試驗方法選定

根據庫魯克欄干水文站遷到新址的18 年水文資料，對高中低位（流量）進行劃分：流量Q≥800 m3/s以上為大水；800 m3/s>Q≥100 m3/s為中水；Q<100 m3/s為小水。中泓浮標試驗方法有比測試驗法、水位流量關系曲線分析法和采用水面流速系數的試驗資料間接確定浮法系數3 種方式。根據庫魯克欄干水文站的實際情況，此次中泓浮標系數復核采用比測試驗法，在中、高水進行。每次先用流速儀測得實測流量，然后在斷面上投放中泓浮標，按照流量測驗規范要求，測得中泓浮標流量。為了確保流量測驗準確性，在該站的不同水位級、不同風速氣象條件下與常規流速儀進行了多次中泓浮標系數比測試驗。本試驗共進行了13 次，其中高水10 次。

4 中泓浮標系數試驗影響分析

中泓浮標法測流是在大洪水高水位流速儀施測十分困難條件下的測流方法，一般要求測驗河段中泓位置較為穩定，中泓流速比較集中的河流。庫魯克欄干水文站遷站前后的水文資料具有一致性，所設浮標中斷面與測流斷面重合，上斷面位于上比降水尺斷面，下斷面位于下比降水尺斷面，上下浮標斷面間距120 m，水面寬約50 m，區間河段順直，無支流匯入，無死水現象，也無向流域外的引水，視線條件好，符合滿足浮標法測流條件。測驗河段左岸由巖石組成，右岸和河床由卵石及砂礫石組成，河勢穩定，符合中泓測流條件。根據中泓浮標測流原理，盡量避免河床變化、風速對測流的影響。

4.1 河床影響

庫魯克欄干水文站測驗斷面河較寬，平均水深相對較小，屬寬淺河道。河段內無巨石和亂流、旋渦等，水流集中，主流在中弘。所以在試驗時，要選用中泓主流，避免河床造成的影響，確保試驗數據具有代表性。

4.2 風速風向影響

為了避免風速、風向對測驗數據的影響，試驗選擇晴朗天氣，避開風速影響。在水流向上，選擇中泓主流，使其具有代表性。

4.3 浮標影響

《河流流量測驗規范》（GB 50179-2015）規定：水面浮標入水部分，表面應較粗糙，不成流線型[1]。根據庫魯克欄干水文站大水時流速大的特點。用手工制作的木質十字架作為浮標，浮標上面用線掛氣球避免看不見浮標，投放方法是人工拋擲。測流時，一次投放3～5 個浮標。為了避免由于浮標入水深度不一致帶來的誤差，在制作浮標時爭取每一個浮標重量均衡，大小一致，盡力減小誤差。

4.4 試驗要求

當葉爾羌河出現大洪水時，攜帶柴草等漂浮物較多，加之河面較寬，峰高浪大，水流湍急，對浮標測驗造成巨大影響，對試驗數據影響較大，因此浮標系數的比測試驗應選擇在多種水流條件下進行。在測驗設備流速儀、秒表等儀器的準備上，要求準確，精度高。

5 比測數據分析及系數確定

5.1 資料整理

根據《水文測驗實用手冊》[2]規定,進行校測。選擇浮標位置臨近，運行正常，最長和最短運行歷時之差不超過最短歷時10%的浮標2 個，作為計算中泓垂線虛流量依據。校測的試驗次數要大于10 次，當原采用的浮標系數與校測樣本有顯著性差異時，應重新進行浮標系數試驗，并采用新的浮標系數。

經過校測，獲得比測資料13 份，浮標最大水面流速7.0 m/s，最小0.5 m/s；流速儀測出的斷面平均流速最大4.60 m/s，最小0.30 m/s。兩組數據相差在誤差范圍內，經比較發現，它們都有一個比較接近的系數，說明比測數據的兩個流速系數具有一定的規律和關系，可用于中泓系數的分析。

5.2 浮標系數計算

浮標系數計算采用公式：

式中：V斷為實測流速,m/s；V虛為虛測流速,m/s；Kf為中泓浮標系數[3]。

根據比測數據繪制斷面平均流速與虛流速關系曲線。繪制中，以斷面平均流速為縱坐標，以浮標虛流速為橫坐標，建立關系曲線（見圖1），其相關系數為R2=0.995，相關關系較好，無明顯偏差，關系曲線斜率K=0.630。

圖1 庫魯克欄干水文站實測平均流速與浮標虛流速相關關系圖

復核出的庫魯克欄干水文站浮標系數為0.63，與原浮標系數0.62 相差0.01，在誤差范圍內，因此可以說，該站浮標系數經過17 年的運行，河床等各方面情況變化不大，原浮標系數仍適用。

6 結語

本次試驗沒有考慮空氣阻力即風對浮標系數產生的誤差影響。從比測結果看出，比測的中泓浮標系數平均值為0.63，與17 年來的中泓浮標系數0.62 相比，誤差較小，具有一定的精度和可靠性。在大洪水時，可以作為庫魯克欄干水文站中泓浮標流量測驗的浮標系數。實測流量和中泓浮標虛流量兩者相關關系較好，在高水時，可順關系曲線趨勢外延20%查用確定流量。