安塞水文站中泓浮標系數(shù)分析摘要：中泓浮標法測流是一種在中、高水測驗中行之有效的測流手段，是在測站人員無法通過吊箱、吊儀測流時的補充測驗方法。本文從安塞水文站歷年實測資料出發(fā)，通過對比分析，總結(jié)該站中泓浮標系數(shù)，為今后的中泓浮標測驗提供技術(shù)支撐。關(guān)鍵詞：安塞水文站；中泓浮標；斷面變化；系數(shù)分析；1測站概況安塞水文站設(shè)立于1973年6月（設(shè)站時為水位站），1981年1月進行全項目觀測，改為水文站。位于安塞區(qū)真武洞鎮(zhèn)，地處東徑109°19'，北緯36°52'。所屬延河系黃河北干流西側(cè)較大支流，該站集水面積1334km2,距河口里程196km。屬省級重要水文站，中央報汛站。安塞水文站所屬延河流域常流量小，洪水主要由暴雨形成，來源于干支流，漲落快、歷時短，水位流量關(guān)系高水受漲落影響一般呈繩套型，中低水受斷面沖淤變化影響關(guān)系線較散亂。泥沙由暴雨產(chǎn)流挾帶，水沙峰同步或沙峰稍滯后，峰型相似。調(diào)查最大流量2710m3/s，實測最大流量2710m3/s，多年平均降水量512.6mm，多年平均徑流量0.4837億m3，多年平均輸沙量888萬t。2中泓浮標系數(shù)的試驗2.1浮標測流適用條件根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》附錄C，水面浮標法適用于流速儀測速困難或超出流速儀測速范圍情況的流量測驗。當洪水漲、落急劇，洪峰歷時短暫，不能用均勻浮標法測流時，可用中泓浮標法測流。2.2浮標的型式、投放方式安塞站的浮標型式為“十字形”浮標，浮標的制作材料為谷草，投放方法是投放器投放或人工拋擲。根據(jù)《流量測驗規(guī)范》第C.2.3條規(guī)定：用中泓浮標法測流，應(yīng)在中泓部位投放3?5個浮標。浮標位置鄰近，運行正常，最長和最短運行歷時之差不超過最短歷時10%的浮標應(yīng)有2?3個。2.3中泓浮標法流量的計算中泓浮標法流量的計算，根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》第C.7.2條，中泓浮標法實測流量按下式計算：Q=KmfAmVmf （公式2-1）式中：Kmf一中泓浮標系數(shù)Am—浮標中斷面面積（m2）Vmf一中泓浮標流速的算術(shù)平均值（m/s）安塞水文站自1981年開始全項目觀測至今，受測驗條件限制，無法進行高水的流速儀與中泓浮標比測試驗。現(xiàn)有中泓浮標系數(shù)的選取，需在每次浮標測流時計算對應(yīng)的浮標系數(shù)，使用頗為不便。為保證流量測驗的精度，特別是高水期浮標法測流的精度，減少誤差來源，在歷年實測資料的基礎(chǔ)上，開展本次中泓浮標系數(shù)的分析工作。截至目前，安塞水文站已積累39年歷史資料，共測得各類浮標流量161份，初步具備了以水位流量關(guān)系曲線查線分析浮標系數(shù)的條件。2.4資料審查本文中所用的數(shù)據(jù)資料等皆來源于水文年鑒，經(jīng)審查，所有數(shù)據(jù)均符合可靠性及代表性的要求。3斷面變化分析安塞水文站斷面左岸為石砌河堤，右岸為土質(zhì)人工修整規(guī)則河堤。基本斷面為砂礫石河床，斷面下游約250m處建成一座高架橋，斷面中高水沖淤較頻繁但沖淤程度不大；上比降斷面向上約10m處有一彎道，下比降斷面約500m處有一小溝，其水流方向與本站水流方向基本垂直。將安塞水文站1981年至2020年斷面進行套繪比較，以左岸河堤的堤頂高程103.60m為假定水位，假設(shè)洪水滿槽但未出堤的情況，進行斷面分析計算，套繪斷面見圖3-1：圖3-2安塞水文站斷面相關(guān)圖從上圖可以看出，安塞站斷面整體呈縮減趨勢，且斷面面積、水面寬與濕周基本配套。2006至2008年河道斷面變窄，且2008年后基本維持穩(wěn)定，經(jīng)考證為安塞區(qū)河堤工程所致，與實際情況一致。為了濾掉斷面變化中小的波動，突出趨勢變化，更加清楚地反映斷面演變趨勢，我們采用滑動平均值過程線法對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化。所謂滑動平均值，就是在一個系列中，先確定若干年為計算平均值的滑動計算時段，求得一個均值，將其作為中間年份的修勻值，然后向后滑動一年，形成一個新的計算時段，計算均值。重復上述步驟直至計算時段的最后一個數(shù)據(jù)為系列的最后一個數(shù)據(jù)為止。圖3-3安塞水文站斷面3年滑動平均值相關(guān)圖從上圖可以看出，經(jīng)過3年滑動平均值修勻后，斷面面積、水面寬與濕周的相關(guān)性基本良好，變化趨勢一致。4浮標系數(shù)分析安塞水文站自開展全項目測驗以來，已有連續(xù)完整的資料38年（1981-2019年），現(xiàn)選取38年的實測中泓浮標流量資料，根據(jù)規(guī)范的要求對安塞站浮標系數(shù)進行分析。4.1浮標系數(shù)的確定根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》附錄C，第6.1條規(guī)定：水面浮標系數(shù)的試驗，有條件比測試驗的測站，應(yīng)以流速儀法測流和浮標法測流進行比測試驗；無條件比測試驗的測站，可采用水位流量關(guān)系曲線法和水面流速系數(shù)法確定浮標系數(shù)。浮標系數(shù)應(yīng)由斷面流量除以斷面虛流量，或由斷面平均流速除以斷面平均虛流速，或斷面平均流速除以中泓、漂浮物浮標流速。安塞站由于中高水難以使用流速儀測流，比測資料較少，因此選用水位流量關(guān)系曲線法分析浮標系數(shù)。浮標虛流量應(yīng)采用實測值，斷面流量應(yīng)以浮標法測流的相應(yīng)水位在水位與流速儀法流量測點的關(guān)系曲線上查讀。查讀流量時符合下列規(guī)定：⑴分析斷面浮標系數(shù)時，應(yīng)根據(jù)浮標流量測點有效浮標的控制部位，并應(yīng)選用測速垂線分布與之對應(yīng)的流速儀法流量測點，按不同的測流方案分類繪制不同方案的水位流量關(guān)系曲線查讀斷面流量。⑵分析中泓、漂浮物浮標系數(shù)時，宜選用流速儀法在高水期的一種測流方案的流量測點繪制水位流量關(guān)系曲線查讀斷面流量。⑶對于不同形式的水位流量關(guān)系曲線，應(yīng)按下列規(guī)定查讀斷面流量：水位流量關(guān)系為單一曲線的測站，應(yīng)直接在曲線上查讀流量；水位流量關(guān)系為多條單一曲線的測站，應(yīng)在與浮標測點同一時期的曲線上查讀流量；水位流量關(guān)系為復式繩套曲線的測站，應(yīng)在與浮標測點同一洪水過程的繩套曲線上查讀流量。4.2中泓浮標系數(shù)的計算按照上述方法，進行歷史實測資料的查線計算，得出相應(yīng)水位的中泓虛流量與斷面流量。4.3中泓浮標系數(shù)的確定根據(jù)實測資料及查線求得的中泓虛流量與斷面實流量，通過公式4-2計算中泓浮標系數(shù)，所得結(jié)果在0.60?0.82之間。需要注意的是，在2006至2008年間，斷面發(fā)生了一定得變化，但自2008年起，最高水位僅到98.10m，河堤變化的部分對現(xiàn)有洪水主流影響不大。現(xiàn)采用繪制關(guān)系曲線與加權(quán)法來計算中泓浮標系數(shù)。①繪制斷面實流量與中泓虛流量關(guān)系曲線，以斷面實流量為縱坐標，以中泓虛流量為橫坐標，建立關(guān)系曲線，見下圖4-1：由加權(quán)法確定安塞站浮標系數(shù)為0.71。5總結(jié)1、 綜合考慮關(guān)系曲線法與加權(quán)法，安塞站河道中泓浮標系數(shù)確定為0.71。2、 本次試驗分析采用歷年實測資料及水位流量關(guān)系曲線，浮標系數(shù)符合規(guī)范精度要求，基本可在安塞站流量二類精度的中高水位時使用。3、 當測驗河段或測站控制流域發(fā)生重大改變時，應(yīng)重新進行試驗分析，確定新的浮標系數(shù)。參考文獻：[1]朱曉原，