□易繼峰 □王儒濤（遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局）

1.問題的提出

遼陽水文站位于遼寧省遼陽市太子河公園內(nèi)，地理位置東經(jīng)123°12＇，北緯40°16＇。該站集水面積8082km2，流量測驗精度為一類，是太子河干流上的重要控制站，擔(dān)負著向國家、松遼委及省、市防汛抗旱指揮機構(gòu)報送信息任務(wù)。該站測驗河段順直，河床為卵石粗沙組成，主流偏左。1972年在其上游建成葠窩水庫，受水庫調(diào)蓄影響，該站水位漲落率大?；緮嗝嫔嫌?500m處有滾水壩1座，基本斷面下游240m處有混凝土公路橋1座、900m處2009年新建翻板閘一處。

受太子河公園改造景觀的影響，2010年該站基本斷面的流量測驗設(shè)施全部拆除，改在其他斷面施測流量。當(dāng)流量<180m3/s時，在基本斷面下游910m處涉水施測流量，當(dāng)流量>180m3/s時，在基本斷面下游240m的太子河大橋上采用橋測方式進行流量測驗。由于受橋測車、水位漲落率和漂浮物等條件的限制，在橋上一般采用水面一點法進行流速測驗，這就涉及到橋測斷面的水面系數(shù)采用問題。基本斷面的水面流速系數(shù)為0.92，由于橋測斷面的特殊性，如果直接借用基本斷面的水面流速系數(shù)，可能會引起較大誤差。為了科學(xué)合理地確定遼陽水文站的橋測斷面水面流速系數(shù)，滿足流量資料整編精度，提高報汛質(zhì)量，需要對遼陽站橋測斷面的水面流速系數(shù)進行分析。

2.分析方法

《水文測驗手冊》中對水面流速系數(shù)的確定推薦了兩種方法。一種是采用公式法推求，公式為：

式中：K—水面流速系數(shù)；

C—謝才系數(shù)；

k—卡門系數(shù)；

g—重力加速度，為9.81m/s；

n—河床糙率；

H—垂線水深（m）；

由于公式⑴和⑵中的參數(shù)多，對水面系數(shù)計算成果影響大，故本次不采用此方法計算橋測斷面的水面系數(shù)。

另一種方法是采用五點法測速資料進行分析。即以五點法流速作為垂線平均流速，通過與水面流速建立函數(shù)關(guān)系，從而推算出水面流速系數(shù)。五點法垂線平均流速計算公式為：

式中：Vm—垂線平均流速(m/s)

V0.0、V0.2…… V1.0—分別為水面、相對水深 0.2、0.6、0.8、1.0的流速(m/s)

本方法簡單易行，成果精度較高，故采用此方法對橋測斷面的水面流速系數(shù)進行分析。

3.分析過程

3.1 流速測驗

2011年6-9月開展了流速測驗工作。在基本斷面下游240m的太子河大橋上，采用大型橋測車按五點法要求施測各條垂線和測點流速。每個測點的測速時間均為100s，各條垂線水深在3～4.5m之間，滿足五點法測速對水深的要求。流速測驗嚴格按照《河流流量測驗規(guī)范》標(biāo)準執(zhí)行，共布設(shè)測速垂線38條，測點190個。

3.2 繪制垂線流速分布圖

根據(jù)相對水深及對應(yīng)的測點流速繪制出各條測速垂線流速分布圖，如圖1所示。對各條垂線流速分布圖上各個測點進行合理性分析。經(jīng)分析，各條垂線測點流速分布趨勢合理，能夠滿足推求垂線平均流速要求。

圖1 垂線流速分布示意圖

3.3 水面流速系數(shù)推求

根據(jù)公式⑶計算各條測速垂線的平均流速Vm，并將計算成果及水面流速V0.0進行匯總，見表1。以水面流速（自變量X）為橫坐標(biāo)，垂線平均流速（因變量Y）為縱坐標(biāo)，建立線性函數(shù)關(guān)系，點繪關(guān)系圖。從圖上可以看出，二者線性相關(guān)很好。因此，通過點群中心繪制一條直線，經(jīng)計算，此直線的函數(shù)關(guān)系為Y=0.8904X，相關(guān)系數(shù)R2=0.9829，見圖2。

表1 水面流速與垂線平均流速計算成果表

3.4 合理性分析

圖2 水面流速與垂線平均流速關(guān)系圖

采用水量對照的方法對推求的橋測斷面水面流速系數(shù)的合理性進行分析，即用此水面流速系數(shù)推算的5-9月（其他時間為枯水期，在基本斷面下游910m處涉水施測流量，不在橋上測流）遼陽水文站斷面水量與上下游的的各水文站斷面水量進行對照。按通常的規(guī)律，斷面水量會隨著流域集水面積的增大而增大，所以，越往下游，斷面水量應(yīng)該越大。如果太子河干流上的葠窩水庫、遼陽、小林子、唐馬寨4個站的斷面月水量遵循了這個規(guī)律，那么就說明所推求的遼陽水文站水面流速系數(shù)合理。各水文站還原后的月水量對照見表2。

表2 太子河5-9月徑流量還原對照表

采用上游干流站與區(qū)間站的水量之和與下游水文站斷面水量對比的方法來驗證，如：葠+湯表示葠窩水庫與湯河水庫水量之和（湯河水庫、前煙臺、立山3個站為區(qū)間站，不在太子河干流上），與遼陽水文站斷面水量進行比較，其他依此類推。從表2中可以看出，各站斷面水量越往下游越大，趨勢非常合理。因此，前面推求的遼陽水文站橋測斷面水面流速系數(shù)是合理的。

4.結(jié)論與建議

通過以上的分析，遼陽水文站橋測斷面水面流速系數(shù)為0.890。通過與上下游水文站斷面水量對照，采用此系數(shù)計算出的斷面水量是合理的。鑒于橋測斷面的特殊性，建議此水面流速系數(shù)只應(yīng)用在橋測斷面，其他測流斷面的水面流速系數(shù)仍采用原經(jīng)驗系數(shù)。