高洪时期非常规流速仪法测流的探讨

吕守贵

（吉林省水文水资源局通化分局，吉林 通化 134000）



高洪时期非常规流速仪法测流的探讨

吕守贵

（吉林省水文水资源局通化分局，吉林 通化 134000）

摘要：虽然应用现代化的仪器，可突破高洪时期的测验限制，但是对中小水文测验站来说，没有现代化的测验仪器是工作中遇到的最大问题，为了尽可能利用现有设备获得准确的数值，中小水文测验站只能应用非常规的测验方法测验高洪时期的流速。通过分析高洪时期非常规流速仪法测流的方法，以获得较精确的数据。

关键词：水文测验；水文作业；流速仪法

1　高洪时期流速仪法测流现状

在水文测验中，应用实测高精度的方法测验高洪数据有非常重要的意义。对设施比较齐全、应用了全套现代化设备的水文测验站来说，也许能在恶劣的高洪环境下测验水文数据，而对部分水文设施不齐全的水文测站来说，则可能无法即时测验到数据。高洪测验设施不齐备、水文测验人员的生命安全难保证、难以即时测验到高洪水文数据就是目前高洪时期高精度数据测验的现状。应用非常规流速仪法测流是为了能在高洪环境中利用现有测验设备，精确采集高洪水文数据。

2　高洪时期应用非常规流速仪法测流的原理

目前常规的测流方法为流速仪法、浮标法、比降——面积法测流，各种测流方式既有优势，也其劣势。

应用流速仪法测验的精度最高，是水文测验部门首选的测流方法。当出现高水位、流速过大、漂浮物多、冲淤大，无法应用流速仪测量时，可以考虑应用其他测流方法测流，帮助校正测流仪湍流的数据。

浮标法，是在流速仪法难以实施时经常使用的一种测流方法。这种测流的方法为在特定的水流中投放浮标，通过测验浮标的高流速、低流速、小水深的方法了解高洪峰值。其中，浮标系数的确定决定测验的精确值，该数值是通过试验来决定的。测验人员要通过了解水向、风向、风速的数值，反复试验，通过取值20次以上，确定浮标系统。这种测验方式决定浮标法不能测验高洪峰量过急、过速、过短的数值。

比降——面积法，通过实测水位及断面的方法，应用力学公式来推定某一时段流量的方法。该种方法适用于高洪时段难以测流，而流速又较为均衡的情况。该方法要求断面数据较为均衡。如果高峰峰断面面积不均衡，则推定的数据不够精准。

从以上的数据测速方法来看，流速仪法是最常应用的测流方法，当特殊环境出现，流速仪法测验的数据不够精准时，可应用浮标法与比降——面积法测流，结合三种测流的数值进行校正，获得较为精确的数值。在高洪时段，当常规的测速工具已经不能应用，且流速仪法测量的数值又不够精准时，可应用特殊的工具测流，这类工具不易受到高洪的影响，可以继续测流，而湍流的原理与这三种测流方法没有太大的区别。

3　高洪时期应用非常规流速仪法测流的方法

常规的流速仪测流方式是指将专业的测流设备投入到设定的测流区域，完成测流工作。而在高洪峰时段，专业的测流仪器可能根本无法使用，这时可将非常规的测流依器投放到设定的区域，完成数据采集工作。而非常规则的测流工具测出的数据偏差太大，需要通过纠偏的方法正确取值。通常应用普通吊车悬吊流速仪测流或冲锋舟船测流。

根据水文桥测规范，桥测断面的设置通常为2～5m，我国常用的桥测车臂长为3m，如果人工实操时悬吊铅鱼的重量为15～50kg，在特殊的时间，重量还会增加，吊悬吊铅鱼的重量超过75kg时，桥测车臂难以使用。此时一般应用普通吊车完成实测工作，普通吊车车臂长10m，要吊重数吨以上的物件，它的机动性好、稳定性好，只要设计好物件投放及水平位置，就可完成测流工作。经过作业实践证明，应用普通吊车悬吊流速仪，可完成20条测速垂线测流，测流可控时间为1h，测速的精度较为稳定。

当普通吊车也难以设置时，可应用冲锋舟测速法。这是指人工操纵冲锋舟逆水行驶，通过测船速与流速的方法测出高峰时段的流速。这种测流方法存在的问题是需要找到冲峰舟的参照坐标，因为冲锋舟在高洪峰时段行驶时，船会受到高洪峰的影响上、下、左、右摆动，仅设置一个方向的流速，测验的垂线数值会不准确。一般应用这种测验方法时，水文测验人员会先确定参照坐标，采用仪器交会法确定起点距离，然后开始测流。

结合普通吊车法和冲锋舟测流法进行测流，然后让数据彼此参照、对应，可得出较为精准的测验数据。

4　高洪时期应用非常规流速仪法测流的误差

4.1流速仪法的数据误差纠偏

流速仪法测验的数据偏差有几种：随机偏差、未定系统、已定系数偏差、伪偏差。随机偏差有一定的规律性，呈正态分布，该种偏差纠正的方法为采用置信水平为95%的偏差纠正法；未定系统偏差应用判断置信水平是否95%的偏差方法；已定系数偏差数值已确定，可用现有的数值修正，伪偏差值则直接剔除减少偏差。

4.2其他测速法单次流量的误差纠偏

单次流量测量偏差可用即时测流的方法确定偏差，对测验的数据进行修正。以某次水文站在高洪时期应用冲锋舟与普通吊舟进行测量为例，实测中水时期最大测点流速为1.91m/s，最大水深为4.49m，而高洪时期的最大流量为822m3/s，结合这次的单次实测误差，可得到该次实测的所有误差值，该次的误差分析如表1：

表1　冲锋舟动船测流与传统的吊船测流误差分析表Tab.1　Flow measurement error of speedboats and traditional gondolas analysis table

4.3其他测速法已定系统误差的纠偏

已定系数误差是通过多次实测得到了数据，通过分析比较数据得到误差值。比如，某次应用现役桥测车测速时，得到实测数据，查阅往年资料，分析桥上游流速受影响最大的距离（Dmax）的方法为：如果天然流速为1m/s，那么影响距离为2.9m，如果天然流速为2m/s，那么影响距离为3.3m……结合以上数据，可取值已定系数误差，令误差值能达到规范的要求。

参考文献：

［1］ 张连翔，肖鹏云，刘怀坤.极坐标法在高洪流量测验中的应用［J］.水利科技与经济，2009，（07）：130-131.

［2］ 罗国政，雷东风.水文站高洪流量测验方案探讨［J］.陕西水利，2007，（05）：176-177.

Discussion on unconventional current meter method for flow measurement in high flood period

LV Shou-gui
(Tonghua Branch Office of Hydrology and Water Resources Bureau of Jilin Province,Tonghua 134000,China)

Abstract:Although the application of modern equipment can break through restrictions on the test during high flood period,but for small hydrometry stations,no modern test equipment is the biggest problem encountered in the work.To obtain accurate value using the existing equipment,small hydrometry stations can only take use of unconventional test method for flow velocity in high flood period.Through analysis of unconventional method for flow velocity in high flood period,so as to obtain more accurate data.

Key words:Hydrometry;Hydrology jobs;Current meter

中图分类号：X171

文献标志码：A

文章编号：1674-8646（2016）08-0036-02

收稿日期：2016-02-11

作者简介：吕守贵（1978-），男，吉林梅河口人，从事水文水资源研究。