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(cè)驗(yàn)的新發(fā)展，一些新的測(cè)驗(yàn)儀器投入使用，尤其是流量的測(cè)驗(yàn)方法不同，流量的計(jì)算方法也是多種多樣。但是，其中最基本的施測(cè)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(cè)量，進(jìn)行部分流速和部分面積的計(jì)算，最后推算出部分流量及全斷面流量。在計(jì)算部分流速和部分面積時(shí)，利用的是梯形計(jì)算方法，不管是流速沿水流方向分布還是水深沿?cái)嗝鏅M向分布，都是呈現(xiàn)外凸內(nèi)凹形變化，這樣，勢(shì)必對(duì)流量計(jì)算會(huì)產(chǎn)生偏小的現(xiàn)象？

如何解決或者計(jì)算更為接近實(shí)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(jì)算就可更接近或逼近真實(shí)值，即此文所指的權(quán)法計(jì)算流量。

2 流量模型原理

2.1 建立流量計(jì)算模型

流量是指河流或渠道單位時(shí)間內(nèi)通過某一過水?dāng)嗝娴乃?。以往?jì)算流量是通過計(jì)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(jì)算流量與以往的不同，首先是通過基本的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)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(cè)量斷面的水面寬、平均水深、平均流速，水面寬可直接測(cè)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(jì)算斷面平均水深

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

表1 某站權(quán)法計(jì)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(cè)深線對(duì)應(yīng)的起點(diǎn)距/m；d0，d1，d2，……，dn，dn+1——分別為對(duì)應(yīng)斷面起點(diǎn)距B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1的水深/ m；。

2.3 加權(quán)計(jì)算斷面平均流速

一般情況下，流量測(cè)驗(yàn)測(cè)深、測(cè)速線布設(shè)較均勻，所以流速對(duì)部分寬度的權(quán)重關(guān)系不是很大，這時(shí)主要與水深權(quán)重關(guān)系較為密切，為此給出計(jì)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(cè)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(hào)同前。

3 實(shí)例

取某水文站2019 年30 次實(shí)測(cè)流量資料，先后采用公式（2）、（3）、（1）進(jìn)行了嘗試計(jì)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(jì)算的流量確實(shí)偏小，30 次流量全部大于流速- 面積法計(jì)算的流量值，最大偏差為8%只一個(gè)，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(yàn)結(jié)果。該方法適用斷面是均質(zhì)的河床，且測(cè)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(jì)算結(jié)果分析，過水?dāng)嗝婷娣e計(jì)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(jì)算的數(shù)值多1～2，這充分說明了測(cè)驗(yàn)斷面面積的測(cè)深線滿足要求，而測(cè)速線不夠，致使加權(quán)法計(jì)算斷面平均流速偏大，也就是流速- 面積法計(jì)算的數(shù)值偏小結(jié)果的出現(xiàn)。從一個(gè)側(cè)面反映了測(cè)深線和測(cè)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(diǎn)。

利用曲邊梯形的中位線進(jìn)行斷面面積計(jì)算，這樣更能適合實(shí)際斷面形狀，以有限的測(cè)線計(jì)算面積逼近真值更快。

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