关于流速仪测流计算及整编资料的探讨

2015-11-26董爱红张金强新疆水利厅玛纳斯河流域管理处

河南水利与南水北调 2015年18期

□董爱红 □张金强（新疆水利厅玛纳斯河流域管理处）

1 研究对象

文章当中的研究对象选取玛纳斯河流域，地处准噶尔盆地的西南部，天山北麓中段，东邻塔西河，西邻巴音沟河，南邻依连哈比尔尕山，北邻古尔班古特沙漠。玛纳斯河干流全长427 km，流域总面积达1.98万km2，其中山区面积达0.51万km2，平原面积达1.46万km2，总灌溉面积达26万hm2，年平均径流量为13.11亿m3，流域内总人口为68万人。本次研究中进行水流测量的单位为新疆水利厅玛纳斯河流域管理处，水文站承担玛纳斯河的统计分析任务，但是在进行日常测量的过程当中，经常在进行断面水位流量监测工作时受到严重的阻碍，有时水流甚至会出现逆流的情况。因此，文章试采用连实测流量过程线法对流量资料进行整编，进而对新疆水利厅玛纳斯河流域管理处对断面水流监测的精度予以提升。在流量资料整编的过程当中，采用连实测流量过程线法进行径流量统计的结果精度较低，实际测量流量的分布能否对河道流量的变化过程进行完全控制，将会对按照实测流量过程线法所进行的流量资料整编精度产生影响。因此，适当对断面水流流速的测量次数进行增加，能够对河道流速变化过程进行最大程度上的掌控，进而也能够提高采用连实流速过程线法的资料整编精度。

2 水流流速测量情况

2.1 断面水流速监测方法

新疆水利厅玛纳斯河流域管理处的断面水流速监测工作当中，均采用流速仪对河道流速进行测量，在一年当中所要进行的测流次数要取决于高、中、低各级水位与水情变化过程的转折点。一般稳定断面可相对减少测次，但每年测次不得少于15次，而复杂多变的断面可在每年的5-8月当中，每2天进行一次测量，而在其他月份当中，每3天进行一次测量，同时要满足推算逐日流量与各项特征值的要求，随后将全面所测得的所有流速按照测量的时间顺序，并采用连实测流速过程线法对资料进行整编。

新疆水利厅玛纳斯河流域管理处在对河道断面监测时所采用的流速仪测速方法又可分为精测与常测两种，每月至少采用一至两次的精测法，而其他时间均采用常测法。精测法指的是按照水流流速测验规范，在水流断面布置6条左右测速与测深的垂线，在所有测速的垂线上采用五点法对流速的测点进行分布，对垂线上的平均流速进行计算，进而得到断面瞬时流速。值得注意的是，在水流断面所布置的测点不得超过9个，同时单次的测量时间平均在半个小时以上，并在9个测点当中选用1个常测点作为水流流速的测点。常测法是日常采用的测量方法，在精测法的基础上对流速进行实际监测后进行精简分析，在断面上布置8-9条测速与测深的垂线，在所有测速垂线上采用一点法将流速的测点进行分布，通过垂线对平均流速进行计算，从而得到水流断面的瞬时流速。在采用常测法进行断面水流的监测过程当中，断面水流的测点数不得超过6个，同时单次测量时间平均在半个小时以上。

2.2 资料整编问题

在采用流速仪进行水流监测时，精测法与常测法均能够满足河道水流速单次测量精度的要求，但是在测次的分布当中，2-3 d的水流速测次分布并不一定能够对这段时间内的水流速变化过程进行准确测量，在采用连实测流速过程线法对水流速资料进行整编时，年、月、日水流流速的推算结果必然存在较大的误差。如果采用流速仪的同时将精测法与常测法的测次增加，则能够将水流速日变化的进程进行准确反映，进而也能够提高水流速资料整编以及统计结果的精度，但是也会增加水流速每日测验的工作量。以目前新疆水利厅玛纳斯河流域管理处的人员情况来看，根本无法完成这项工作，因此就要针对当下的实际情况，为提高水流速统计结果的精度，就要采用不仅符合水流速测验精度，也能减少测流工作量与时间的测验方法，即为断面流速代表垂线法。

3 断面流速代表垂线法测验水流速的分析

代表垂线法指的是通过精测法对水流速进行实际测量后所得资料进行统计，并且找到1-2条能够代表断面平均流速的测速垂线，对断面流速进行测验时，就可以只对代表垂线进行平均流速的统计即可，随后将代表垂线的平均流速与过水断面面积相乘，即可得到断面水流量的准确数据。这样一来，既能够降低单次水流测速的工作量，同时也能有效缩短测验时间，与此同时，将代表垂线法与精测法进行测量的水流速进行比较后能够发现，测验的误差能够在规定的合理范围之内。

3.1 流速代表垂线的分析

文章当中所分析的代表垂线，选取新疆水利厅玛纳斯河流域管理处2006-2007年间所采用的33次精测法对水流速进行实际测量的统计数据，对断面上与起点距离2 m、4 m、6 m、8 m、10 m、12 m、14 m、16 m以及18 m处的测速垂线平均流速与水流断面的平均流速进行对比分析。由分析结果能够明显看出，所选取的各条测速垂线以12 m处垂线的平均流速与断面水流平均流速差异不显著，因此可以选取12 m处测速垂线作为断面水流平均流速的代表垂线。见图1。

图1 代表垂线平均流速与断面平均流速相关关系图

断面平均流速与代表垂线平均流速的关系公式为

V=25.39×10-2n+0.89×10-2，n=N/T

在上述公式当中，N代表总转数，T为相应的总历时。

3.2 过水断面面积的选取

玛纳斯河流域当中的含沙量与含泥量较小，所监测的水流断面处流速较慢，河床冲淤的变化不显著。在不同时间段的河堤高程对比分析结果当中可以看出，监测处的水流断面河床较为稳定，断面水位与过水断面面积的关系显著，因此在采用代表垂线进行水流监测时，可以借鉴精测法对于水流速测验的水深进行过水断面面积的计算。

3.3 流速代表垂线法与精测法的对比分析

在以往采用精测法进行实际测量并计算的统计数据当中，采用断面平均流速与代表垂线平均流速的关系式进行计算后，能够得出断面水流平均流速与过水断面面积相乘之后的结果，将所得结果与精测法的实际测量水流速结果进行对比分析后，针对流速代表垂线法流速测验的误差进行评估。

4 结语

本次研究当中针对流速仪的测流计算采用了流速代表垂线法进行分析，代表垂线当中所测量的垂线平均流速能够代表断面的平均流速，同时符合我国相关规定。采用代表垂线法以后，每次测量时仅需要将垂线上设置3-5个测速点，单次测验时间可缩短至15 min，不仅精度误差较小，同时也能大幅度减少新疆水利厅玛纳斯河流域管理处所要承担的工作量，解决了人员少与工作量大之间的硬性矛盾，可以在全国范围内进行广泛的推广与应用。