萬年飽水文站測流方案編制方法

馬飛廷

（呂梁市水文水資源勘測分局）

1 測站概況

萬年飽水文站位于中陽縣車鳴峪鄉(xiāng)萬年飽村，處在呂梁山南翼的南川河上，地理坐標為東經(jīng)111°12′，北緯37°15′。該站控制流域面積286 km2，斷面以上主河道長度33.1 km，主河道平均坡度13.8‰，流域形狀系數(shù)0.261。該流域多年平均最大洪峰流量為59 m3/s，20 a一遇、50 a一遇和100 a一遇暴雨的洪峰流量分別為265 m3/s、418 m3/s、543 m3/s。

萬年飽站為小河站，收集灰?guī)r土石山疏林區(qū)降雨、洪水、泥沙資料，經(jīng)過單站分析和地區(qū)綜合，可提出此類地區(qū)的暴雨、洪水計算公式和有關(guān)參數(shù)，從而為中小型水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計、區(qū)域水文預(yù)報和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供準確水文資料，為下游陳家灣水庫、中陽縣城以及沿岸村鎮(zhèn)及時提供雨情、水情、墑情信息，保護人民群眾的生命財產(chǎn)安全。現(xiàn)就有關(guān)測流方案編制進行探討。

2 水位級劃分

萬年飽水文站的水位級，根據(jù)水位與流量進行劃分，具體劃分成果見表1。由表1可知，枯水期流量為0.30 m3/s以下，低水期流量為0.30-5.0 m3/s，中水期流量為5.0-30.0 m3/s，高水期流量為30.0 m3/s以上。

3 測流斷面狀況

測流河段的河道，順直平坦，寬度均勻，主要為沙礫石河床，坡降較為一致。斷面寬度約90 m。測流斷面形狀見圖1，測量結(jié)果見表2。

表1 萬年飽水文站水位級劃分成果表

圖1 萬年飽水文站大斷面圖

4 水位-流量關(guān)系線

根據(jù)萬年飽水文站河道自然條件，選擇幾個控制斷面。

4.1 參數(shù)的選取

查《山西省水文計算手冊》，糙率選擇0.030，實測測流河段的河道比降為9.2‰。

4.2 推算方法

采用武漢大學水利學院設(shè)計的天然河道水面線計算程序，推求水文站水位-流量關(guān)系。

4.3 水位-流量關(guān)系成果

水位-流量關(guān)系推算成果詳見表3，據(jù)此繪制的水位-流量關(guān)系曲線見圖2。

表2 萬年飽水文站大斷面測量成果表

圖2 萬年飽水文站水位-流量關(guān)系曲線

5 測流方案

5.1 流速儀測流方案

5.1.1 測速垂線的選擇方案

測流斷面上布設(shè)測速垂線的多少，是決定流量測驗精度的重要條件之一。測速垂線的布設(shè)宜均勻分布，并能控制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉(zhuǎn)折點，無大割大補。主槽垂線應(yīng)較河灘為密，同時還應(yīng)考慮節(jié)省人力和時間。合理的測速垂線數(shù)目，應(yīng)為能充分反映橫斷面流速分布的最少垂線數(shù)。河床穩(wěn)定的測站應(yīng)布設(shè)固定的測速垂線，對于河道主流擺動劇烈或河床不穩(wěn)定的測站，應(yīng)根據(jù)斷面變化情況，隨時調(diào)整或補充測速垂線數(shù)。萬年飽站斷面垂線選擇見表4。

表3 萬年飽水文站水位-流量關(guān)系推算表

表4 萬年飽站測速垂線選擇方案

5.1.2 測速歷時選擇方案

由于流速脈動的影響，流速儀在某測點上測速歷時越長，實測時均流速越接近真值。但歷時太長，當斷面流量暴漲暴落時，就會失去搶測洪峰的機會。因此正確選擇測速歷時也是非常重要的。萬年飽站測速歷時選擇方案見表5。

表5 萬年飽站測速歷時選擇方案

5.1.3 岸邊流速系數(shù)的確定

在計算岸邊或死水邊部分的平均流速時，需要確定岸邊流速系數(shù)α值。在測流過程中，為了減小岸邊流速系數(shù)帶來的測量誤差，通常在岸邊的垂線選擇上盡可能靠近岸邊。萬年飽站的岸邊流速系數(shù)選擇見表6。

表6 萬年飽站岸邊流速系數(shù)選擇表

5.2 手持電波流速儀測流方案

5.2.1 測速垂線選擇方案

無線遙控雷達波測流系統(tǒng)測流與手持電波流速儀測流的測速垂線選擇，與流速儀法測流方案的測速垂線數(shù)及其所在位置一致。

5.2.2 水面流速系數(shù)的確定

根據(jù)省水文局（99）晉水文站網(wǎng)字第2號文件批復，萬年飽站水面流速系數(shù)見表7。

表7 萬年飽站水面流速系數(shù)選擇表

5.3 比降-面積法測流方案

5.3.1 采用比降-面積法的適用條件

（1）河段順直時，可允許有緩變的收縮段，但不得有明顯的擴散段，嚴禁有突然擴散斷面。

（2）對影響水流結(jié)構(gòu)及特征的河槽幾何形狀、河床、河岸應(yīng)要求基本穩(wěn)定，且沿程各斷面形狀變化不大。

（3）河段內(nèi)無卡口、急灘、深潭或隆起部分，水面線不宜有明顯的轉(zhuǎn)折點。

（4）河段內(nèi)兩岸的灌木叢、水草及高稈農(nóng)作物應(yīng)及時清除。

5.3.2 需要注意的事項

（1）斷面不夠穩(wěn)定的測站，每次大洪水后應(yīng)測量一次水道斷面。

（2）糙率系數(shù)選用要合理。

5.3.3 采用的計算公式

采用曼寧公式計算流量。公式如下：

式中：Q——斷面流量，m3/s；

A——過水斷面面積，m2；

n——河床糙率；

R——水力半徑，m；

S——水面比降。

5.4 糙率系數(shù)的選用

萬年飽站糙率系數(shù)的選用，在水位為8.57-9.04m時，選用0.030-0.040。

6 結(jié)語

根據(jù)上述情況：當水位低于8.57 m時，宜采用轉(zhuǎn)子式流速儀涉水測流；當水位在8.57-9.04 m區(qū)間時，宜采用無線遙控雷達波測流系統(tǒng)測流；當發(fā)生特大洪水時，宜采用比降-面積法測流。