陳河水文站代表垂線平均流速與斷面平均流速關(guān)系分析.docx

1、陳河水文站代表垂線平均流速與斷面平均流速關(guān)系分析董禮瑋（陜西省西安水文水資源勘測(cè)局陜西西安710100）摘要以陳河水文站垂線平均流速、斷面平均流逮實(shí)刪資料為基礎(chǔ)，建立爸線平均流速與斷而平均流速相關(guān)關(guān)系曲線的方法，在定線精度檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，來確定施測(cè)斷面平均流速的代表流速垂線，以簡(jiǎn)化施測(cè)斷面平均流速的技術(shù)手段o采用代表垂線法施測(cè)斷面平均流速，可將多條測(cè)速垂線簡(jiǎn)化至1條，故此實(shí)測(cè)斷面平均流速的總歷時(shí)可成倍縮短，這無疑保證了搶測(cè)洪水流量過程（尤其是峰谷轉(zhuǎn)折點(diǎn)）的測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)。即采用代表垂線法施測(cè)斷面平均流速可達(dá)到即時(shí)控制洪水流量的劇烈變化過程和減輕測(cè)驗(yàn)勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。關(guān)鍵詞陳河水文站；垂線平均流速;斷面平

2、均流速;擬合公式中圖分類號(hào):TV133文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1流域概況1.1河流及地形地貌黑河屬秦嶺北麓山溪性河流，發(fā)源于秦嶺主峰太白山，流域內(nèi)植被良好，為秦嶺林區(qū)，森林覆蓋率為46%。流域總面積2258km2,平均比降為8.77%。流域內(nèi)較大支流由南向北分別為大蟒河、板房子河、虎豹河、王家河、田峪河等。流域內(nèi)地勢(shì)南高北低，自西南向東北傾斜，上游為秦嶺山區(qū)，中游為秦嶺山前洪積裙，下游為渭河一級(jí)階地。屬山溪性河流，洪水主要由暴雨形成,洪峰漲落急劇，沙峰一般與水峰相對(duì)應(yīng)。含沙量小,水無污染,符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn),是西安市城市水源地。1.2水利工程情況1999年在黑河北緯34。03,，東經(jīng)108。13，處攔河

3、建成有效庫容為1.75x103的黑河金盆水庫水利樞紐，主要任務(wù)為向西安市城市供水及周邊2.47xKTkm2灌區(qū)供水。本世紀(jì)初，流域內(nèi)先后建成水力發(fā)電站兩處。1.3設(shè)站及斷面控制情況陳河水文站始建于1996年,設(shè)立初主要為黑河水庫工程建設(shè)服務(wù)，屬專用水文站,2005年納入國家基本站網(wǎng)，成為基本水文站。地處陜西省西安市周至縣陳河鄉(xiāng)木江河村,地理位置為北緯33。5823”,東經(jīng)108。0952”。集水面積1380km2,距河口里程53km,基本斷面距金盆水庫大壩約12.5km。測(cè)驗(yàn)河段順直長(zhǎng)度約為210m,斷面呈“U”型。河床由卵、塊石組成，右岸為山崖，左岸是石崖，高水控制好。主槽在左邊,右邊為灘地

4、?；舅邤嗝嫦掠?00m有木江河支流匯入，在高庫容和下游支流漲水時(shí)對(duì)測(cè)驗(yàn)河段水流有頂托影響。2流量測(cè)驗(yàn)、整編情況2.1流量測(cè)驗(yàn)陳河水文站自1996年設(shè)立至2006年，流量測(cè)驗(yàn)：低水涉水施測(cè)，中、高水中泓浮標(biāo)施測(cè)。2006年6月建成一套半自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)，中、高水改用纜道施測(cè)。該流域洪水主要由暴雨形成，洪峰漲落急劇，漲峰尤為急劇，每分鐘可達(dá)2m左右。加之流速大，高水漂浮物較多，無疑給搶測(cè)流量過程增加了人為的測(cè)驗(yàn)困難。因此，想找到一種比較簡(jiǎn)單的，適合在陳河中高水環(huán)境下的實(shí)測(cè)替代方法，找出替代方法和正常步驟測(cè)流之間的關(guān)系。通過公式來計(jì)算，以方便測(cè)站人員在中高水流量測(cè)驗(yàn)中減少勞動(dòng)強(qiáng)度，較好的完成工作

5、任務(wù)，并且可以更好的控制洪峰過程。2.2整編定線由于該站測(cè)驗(yàn)斷面以下為黑河金盆水庫，在高庫容和下游支流漲水對(duì)測(cè)驗(yàn)河段水流頂托影響下，測(cè)驗(yàn)斷面沖淤變化較大，全年采用連時(shí)序法、臨時(shí)曲線法聯(lián)合定線推流。該方法整編定線的基本原則：一是要求流量測(cè)次足夠多，且分布合理。二是必須完整控制水位流量關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，不應(yīng)出現(xiàn)缺測(cè)、漏測(cè)。三是保證單次流量測(cè)驗(yàn)精度。若該站在水流漲落率劇烈影響下，依然采用常測(cè)法測(cè)驗(yàn)方案布控流量過程和峰谷轉(zhuǎn)折點(diǎn)，受測(cè)速總歷時(shí)制約，必然影響流量測(cè)次分布，降低定線推流精度。3垂線、斷面平均流速關(guān)系分析為提高單次流量測(cè)驗(yàn)精度，縮短流速測(cè)驗(yàn)歷時(shí)，適時(shí)控制流量漲落過程及峰谷轉(zhuǎn)折點(diǎn)，本文共收集了該

6、站2014年,實(shí)測(cè)流量lOm/s以上的45次實(shí)測(cè)流量的斷面平均流速，代表垂線（起點(diǎn)距30.0m處）平均流速實(shí)測(cè)資料（見表1）,水位變幅在601.42m604.74mo并據(jù)此進(jìn)行測(cè)驗(yàn)斷面簡(jiǎn)化流速垂線的分析。3.1簡(jiǎn)化流速垂線分析根據(jù)實(shí)測(cè)資料繪制垂線平均流速與斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系圖（見圖1）。得出起點(diǎn)距30.0m處的垂線平均流速與表1起點(diǎn)距30.0m垂線平均流速(V代)、斷面平均流速(V斷)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)施測(cè)號(hào)數(shù)基本水尺水位(m)流量(m3/s)斷向面積(m適線檢驗(yàn)（當(dāng)a=0.05時(shí),uy=l.64）心四5-1土皿因?yàn)閡u（l_&）,適線檢驗(yàn)合格。0.5vr)平均流速(m/s)30m垂線流速施測(cè)號(hào)數(shù)基

7、本水尺水位(m)流量(m3/s)斷面面枳(m2)平均流速(m/s)30m垂線流速1601.7414.610.91.341.624603.5519771.82.743.5427915.2111.381.8125604.573991422.813.83602.0528.7201.441.9526604.794591602.873.6448599.344.52.232.7527603.7725088.42.833.915601.962316.21.422.01282517359.82.893.746602.236.322.91.592.229603.2216657.82.873.767601.892

8、2.413.81.622.0330604.63961442.753.8988520.213.41.511.8631603.7123180.12.883.99602.0831.519.71.61.9832602.5696.638.52.513.4610602.6477.638.62.012.5633603.38187642.923.911601.8421151.42.0134603.55209712.943.82129511147.52.342.88357924984.42.954.06135564.832.61.992.48361515354.72.83.47141032.722.21.471

9、.94377123780.42.953.82155563.432.51.952.48383317761.92.863.84168519.615.11.31.78396321774.12.933.6917602.5362.434.41.812.3640603.0714449.52.913.6118602.560.732.11.892.3741602.369.530.12.313.13192842.4251.72.4842601.7133.319.31.732.4820601.7616.912.61.341.7434220.612.31.672.2621602.4858.332.41.82.344

10、49453.124.72.152.5922602.0229.118.81.552.24455024.114.81.632.36238617.912.81.41.75表2流誤差計(jì)算表施測(cè)流量(nf/s)30m垂線流速計(jì)算流量相對(duì)誤差施測(cè)流量(m3/s)30m垂線流速計(jì)算流量相對(duì)誤差號(hào)數(shù)(m/s)(m3/s)(%)號(hào)數(shù)(m/s)(m3/s)(%)114.61.613.2-9.47241973.54193-2.03215.21.8115.1-0.73253993.84092.5328.71.9529.62.99264593.64441-3.83499.32.7592.7-6.6272503.9126

11、24.795232.0124.77.3281733.74170-2.02636.32.238.25.19291663.76165-0.78722.42.0321.2-5.22303963.894257.21820.21.8618.9-6.49312313.92372.49931.51.9829.6-6.153296.63.461014.511077.62.5674.9-3.49331873.91891.1611212.0122.98.81342093.82206-1.65121112.88104-6.59352494.062604.31364.82.4861.3-5.44361533.4714

12、4-5.981432.71.9432.6-0.18372373.82233-1.781563.42.4861.1-3.65381773.841801.781619.61.7820.43.93392173.69207-4.51762.42.3661.5-1.4401443.61135-5.951860.72.3757.7-5.014169.53.1371.42.741942.42.484710.834233.32.4836.38.942016.91.716.2-3.944320.62.2621.12.272158.32.3457.5-1.444453.12.5948.5-8.692229.12.

13、2431.99.684524.12.3626.59.842317.91.7517-5.16ooooOooooO,432S1O新圃*均漁速/.y=0.7594x年份：測(cè)站編碼：41107150曲線號(hào)：1序號(hào)施測(cè)號(hào)數(shù)水位（m）實(shí)測(cè)流量線上流量偏差P(%)P（n-P（平）4176603.77250262-4.58-4.9924.90428679249260-4.23-4.6421.534373604.57399409-2.44-2.858.12448060396425-6.82-7.2352.274575794594414.083.6713.47樣本容量：N=45正號(hào)個(gè)數(shù):26符號(hào)交換次數(shù)：17符號(hào)

14、檢驗(yàn)：u=0.89允許：1.15（顯著性水平a=0.25）合格適線檢驗(yàn)：U=1.36允許:1.64（顯著性水平a=0.05）合格偏離數(shù)值檢驗(yàn)：ltl=0.51允許:1.67（顯著性水平a=0.10）合格標(biāo)準(zhǔn)差：Se(%)=5.5隨機(jī)不確定度（%）:11.0系統(tǒng)誤差（%）:0.4陳河站三種檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算表斷面平均流速具有良好的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98以上。平均流速相關(guān)關(guān)系式為：V斷=0.7594V嶷所以，此垂線可作為施測(cè)斷面平均流速的代表垂線。陳河站30m垂線平均流速與斷面平均流速關(guān)系圖比普=p/V（Pj-p）2/m（7i-l）=51，因?yàn)槠x數(shù)值p檢驗(yàn)合格。3.4關(guān)系曲線擬合公式V斷=0.7

15、594V垂線式中：V斷斷面平均流速，m/s;V秉線起點(diǎn)距30.0m處垂線平均流速,m/s。3.5公式適用范圍采用起點(diǎn)距30m處代表垂線平均流速（V垂紋）適用條件如下：流速適用范圍：1.6m/sWV垂線W4.06m/so（2）流量適用范圍：14.6m3/sWQW459m12330a速(/)圖1垂線平均流速與斷面平均流速相關(guān)關(guān)系3.2關(guān)系線誤差評(píng)定由定線誤差評(píng)定表（表2）可以看出，實(shí)測(cè)點(diǎn)與關(guān)系線無明顯系統(tǒng)偏離,45次實(shí)測(cè)流量和計(jì)算流量相對(duì)誤差均不偏離10%。相對(duì)誤差均值為-0.15%,符合單一曲線定線精度指標(biāo)。3.3關(guān)系曲線三種檢驗(yàn)（根據(jù)陳河站流量三類精度檢驗(yàn)）三種檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)差按照水文資料整編規(guī)范有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果詳見表3。由表3可以看出，三種檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算結(jié)果均符合規(guī)范要求O（1）符號(hào)檢驗(yàn)（當(dāng)a=0.25時(shí)）止些也墮=08乳因?yàn)閡u（1-吊2）則符號(hào)檢驗(yàn)合格。0.5VF2偏離數(shù)值檢