郝家店水文站宽顶堰测流系数分析

易继峰，李智峰

（辽宁省水文水资源勘测局辽阳分局，辽宁 辽阳 111000）

1 郝家店水文站基本情况

郝家店水文站位于辽宁省辽阳县下达河乡，始建于1969年5月，集水面积431km2，是汤河水库重要的入库控制站。该站测验河段顺直，属山溪性河流，来水较快，枯水期水位变化很小。河床由卵石组成，冲淤变化不大，断面稳定。左岸浆砌石护岸，高2.70m。右岸水泥板护坡。基本水尺断面上游500m处有急湾。

2 问题的提出

基本水尺断面上游200m处有宽顶堰1座，堰上水位在120.85m以下时，出流状态为自由堰流。下游500m处有混凝土滚水坝1座，回水影响至基本水尺断面上游190m处。受回水影响，该站低枯水流量测验难度很大，且精度不能保证。以2011年为例，该站全年流量小于30m3/s的天数有358d，占全年天数的98.1%，全年大部分流量测验工作受到下游回水的影响。

为避免基本断面下游滚水坝的回水对流量测验的影响，同时节省流量测验工作的人力物力，该站拟采用基本断面上游200m处的宽顶堰施测低枯水流量，故此需对宽顶堰流量系数进行分析。

3 解决方法

通过2011年实测流量资料分析，确定不同水位级宽顶堰流量系数，采用水工建筑物法施测流量提供依据。

水位采用自记水位计观测数据，流量选取2011年水位在120.85m以下的实测流量30次，用水利学公式计算宽顶堰流量系数，建立水位～宽顶堰流量系数关系曲线，通过曲线确定不同水位的宽顶堰流量系数，从而实现宽顶堰测流目的。

在选取的流量当中，实测最大流量30.2m3/s，最小流量0.708m3/s，最高水位120.85m，最低水位120.43m。采用基本公式：

式中 Q为实测流量（m3/s）；m为宽顶堰流量系数；b为宽顶堰宽度（m）；g为重力加速度，为9.81m/s2；H0为水头（m）；

4 理论计算与分析

4.1 宽顶堰

宽顶堰为混凝土结构，堰宽30m，堰高0.52m，堰顶高程120.34m。

4.2 堰上水位流量关系曲线的确定

在2011年实测流量中选取30次流量，建立水位～流量关系曲线，如图1。对水位～流量关系线进行符号检验、适线检验、偏离数值检验。经检验，该关系线满足水位流量关系定线精度要求。

图1 郝店站水位～流量关系

4.3 宽顶堰流量系数

由式（1）可推出：

其中，式（2）中符号意义同式（1）。

根据30次实测流量，分别计算不同水位的宽顶堰流量系数m，计算结果见表1。

表1 宽顶堰流量系数m及泄流量Q计算

4.4 建立水位～宽顶堰流量系数关系曲线

通过计算得到的宽顶堰流量系数m，建立水位～宽顶堰流量系数关系曲线，如图2。

图2 郝店站水位～宽顶堰流量系数m关系

对水位～宽顶堰流量系数关系线进行符号检验、适线检验、偏离数值检验。经检验，该关系线满足定线精度要求。详见表2。

表2 水位～流量系数关系

注：①样本容量：N=30；正号个数：11.5；符号交换次数：14。②符号检 验：u=1.10；允许：1.15；(显著性水平a=0.25)；合格。③适线检验：U=0.00；允许：1.28(显著性水平a=0.10)；合格。④偏离数值验：|t|=0.34；允许：1.31(显著性水平a=0.20)；合格。⑤标准差/%：Se=3.3。⑥随机不确定度/%：6.6。⑦系统误差/%：0.2。

4.5 合理性分析

用图2中水位～宽顶堰流量系数关系曲线，按不同水位级在线上查得相应的宽顶堰流量系数m。然后根据式（1）进行相应宽顶堰泄流量计算。

对实测流量与宽顶堰推算流量进行检验。显著水平采用0.05，计算结果合理，说明实测流量与宽顶堰推算流量为一个系列。

5 结语

郝家店水文站流量测验精度为三类，根据《水文资料整编规范》要求，流量测验精度指标三类精度的水文站单一曲线法随机不确定度为11%，系统误差为2%。根据以上分析计算流量随机不确定度为6.6%，系统误差0.2%，满足流量定线要求。因此在水位120.85m以下时，该站可以采用宽顶堰进行流量测验。

［1］赵振兴,何建京.水力学［J］.北京：清华大学出版社，2005.

［2］马庆云.水文勘测工［M］.郑州:黄河水利出版社,1996.

［3］GB50179—93，河流流量测验规范［S］.

［4］GB/T50138—2010，水位观测标准［S］.

［5］SL247—1999，水文资料整编规范［S］.