渭河林家村渠道站流速垂线精简分析

渭河林家村渠道站流速垂线精简分析

李润武

陕西省宝鸡水文水资源勘测局

摘要：本文以渭河林家村渠道站流量精测资料为基础，通过分析计算，对其流量测验方法进行精简测速垂线和测点的分析，精简分析后算得的流量与精测流量误差值符合相关规定，后期可用精简后的测流方案作为该站经常性的测流方法（即常测法），在不影响资料精度的情况下可有效缩短测流时间，提高工作效率。在开展水文巡测工作中，可以在渠道流量测验中得到应用。

1基本情况

1.1渠道概况

宝鸡峡引渭灌溉工程，是我省西部大型低坝引水工程，灌溉宝鸡、咸阳两市13个县（区）170万亩土地。渠首自宝鸡峡口筑坝引水，枢纽工程系由拦河坝、引水隧洞、沉沙槽、冲刷闸和进水闸五部分组成。工程于1958年10月开工，1971年7月建成放水，设计引水流量50m3/s，校核流量60m3/s。1999年12月，宝鸡峡渠首加坝加闸工程改造，在原渠首溢流坝基础上加高22.6m，增加库容5000万m3，2000年3月完工。加闸加坝以后，大大提高了水库的引水灌溉、蓄水发电、调洪能力，使之功能更加全面，更好的服务于经济社会。

1.2渠道测验断面基本情况

林家村站宝鸡峡渠道测验断面于1974年设立，断面距宝鸡峡渠首约1km多。观测项目有水位、流量、含沙量。设站目的为农业灌溉计划用水提供依据，为开发利用水资源、编制供需计划及水资源管理提供基本数据。渠道形状为梯形，顶宽20m，高4.7m，底宽6.4m。渠道基本顺直，基上30m处有一座三孔双管柱板梁水泥桥；基上80m处有一弯道，基下60m有一弯道。基本断面设斜坡水尺一组，渠道中间原来建设的自记水位计已经破旧，现已拆除，水位人工观测。

渠道站自1974年以来多年平均流量17.5m3/s，最大流量69.9m3/s，最大含沙量为515kg/m3（1974年8月2日）；多年平均年径流量5.514亿m3、年输沙量2640万T。

1.3水沙特性

渠道水沙量大小由宝鸡峡渠首引水、退水闸控制。在引水闸或退水闸启闭时，渠道断面水位变化急剧，涨落约半小时，正常时水位流量关系相对稳定。根据2003年至2009年资料系列统计情况看，最大引水流量45.9m3/s，常年平时流量21.1m3/s，最大含沙量57.8kg/m3，常年平时含沙量3.62kg/m3；年引水日数最多336天，最少258天。在大坝机组检修、安全检查，以及渭河发生高含沙洪水等特殊情况下，渠道停止引水。

2测验情况

2.1测验方法

（1）按照《河道流量测验规范》GB50179-93要求，在不同水位级上进行测验。

（2）测流断面和垂线固定，垂线根据水位级，每1m布设一条。在不同水位级的不同垂线上按照三点法的要求布设测速垂线及测速测点，所使用的流速仪满足规范要求。

（3）为了确保试验精度，测验采取流速仪三点法，在高、中、低不同水位级对比试验，共测30次。包含不同水位级和渠道的不同水流情况（包括渠道上下游退水）。

2.2仪器情况

在实际测验过程中所使用流速仪2架，型号、公式和测速范围如下表2-1。

2.3测验过程

原断面没有测流设施，本次试验的测流断面选在基上30m水泥桥上，从岸边每1.0m布设一条垂线，施测水深、用流速仪三点法施测垂线流速。精度要求严格执行《河流流量测验规范》（GB50179-93）。

2.4测验成果及资料应用情况

从3月16日至6月25日采用精测法共施测流量30次，实测最低水位612.07m，最高水位613.81m，水位变幅1.74m。由于受宝鸡峡渠首放水影响，很难测到低水（即10.0m3/s以下的流量）。实测流量成果表详见表2-2、实测大断面图详见图2-1。

2.5关系线的检验

根据《水文资料整编规范》，测点在10个以上者，应做符号检验、适线检验和偏离数值检验。其检验结果：标准差Se=4.07%，随机不确定度为8.14%，系统误差为0.22%。符合规范规定的定线精度指标，水位流量关系稳定。

3垂线流速的精简分析

通过点绘30次三点法实测流量断面平均流速与起点距9.0m垂线平均流速关系曲线图，关系曲线良好。r=0.9838，Er=0.00395。

回归方程为：y=0.9525x+0.0154。

代表垂线平均流速与断面平均流速关系图详见下图。

4合理性分析

统计断面平均流速和代表垂线流速关系点偏离的程度，75%和95%频率的误差均不超过表2-3的规定限度，符号要求。

表2-3简测法的误差界限

以精测法资料做精简

累计频率达75%以上的误差累计频率达95%以上的误差

不超过±5%不超过±10%

5存在的问题

（1）试验断面（基上30m）处流速横向分布不均。分析其原因是上游约80m处有一弯道，改变水流整体流向，影响流速分布。

（2）受渠道正常引水量限制，低水点子偏少，有待以后充实资料，继续分析。

6结论与建议

通过以上相关计算分析，可得出中高水时在垂线（9.0m）处测速，利用断面平均流速与起点距9.0m垂线平均流速关系可推求断面平均流速，进而计算出断面流量。通过以上分析，该方案具有测验简化，满足流量测验精度要求，节省人力，资料计算整理省时等优点，在开展水文巡测工作中，可以在渠道流量测验中得到应用。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.《河道流量测验规范》（GB50179-2015）.2015

[2]水利电力出版社.《水文测验手册》.1983

[3]黄振平、陈元芳.《水文统计学》.中国水利电力出版社.2011