渠道水文测验断面水位―流量关系不稳定原因分析

[摘 要]水量计量是水管单位的一项主要工作，率定准确的水位～流量关系曲线是提高水量计量精度的基础，根椐多年的实际野外勘测经验和资料整编分析，阐述了造成水位～流量关系曲线不稳定的原因，根椐不同的原因，分别对待，这样就可以提高水量计量精度，更好地为工农业生产服务。

[关键词]分析；原因；不稳定；水位～流量

中图分类号：P332.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）36-0099-01

1 水位流量关系的作用

渠道中某断面的流量与其水位之间的对应状态。这项关系要根据当地的不同水流情况的多次实测流量和其相应的水位来确定，通常用水位流量关系来表示，它是由各种水力因素（如水面宽、断面面积、水力比降、糙率等）决定的。水位流量关系有稳定的，也有不稳定的。流量测验技术比较复杂、耗资比较昂贵，难以连续进行，而连续地观读水位则容易办到，因此通常将连续的水位资料，通过水位流量关系推算、转换为连续的流量资料，供水文计算或水管部门使用；有时也因某种需要，由流量通过水位流量关系反推水位，如渠道设计水位等。所以，水位流量关系具有重要的实用意义。

2 水位流量关系稳定的条件

一个水文测验断面的水位流量关系，是指基本水尺断面的水位与通过该断面的流量之间的关系。稳定的水位流量关系是指在较长时期内，某断面的实测流量与相应水位的点据呈密集带状分布，可用一条单一曲线来表示。这就是稳定的水位流量关系。水位流量关系维持稳定，必须具备下列条件之一：①断面面积、水力比降和糙率等水力因素在同一水位时，维持不变；②在同一水位时，上述各因素虽有变动，但其变动对水位流量关系的影响可以互相补偿。在这种条件下，同一个水位，就只有一个相应的流量，水位流量关系就成为单一的曲线。可用曼宁公式加以说明。

曼宁公式如下：

其中，公式中糙率的选用参考了渠道特征、渠道坡降、渠道光滑度和宽深比等主要因素，通过多次试算而得。从曼宁公式可知，要使水位流量关系保持稳定，必须在同一水位下，F、R、n、I等因素都保持不变，或者各因素虽有变化，但对水位流量关系的影响能相互补偿。这样，同一个水位，就只有一个相应的流量与之对应，水位流量关系就为一条稳定的单一曲线。如果F、R、n、I等因素中有一个因素发生变化，水位流量关系也随之发生改变。

水文测站断面总是尽可能选择在那些具备基本稳定条件的地方，必要时，用人工铺设固定河床或在断面下游附近建造拦河低堰等方法来创造这种稳定条件。应用稳定的水位流量关系对于编制逐日平均流量、洪水水文要素摘录表和因工程设计或防汛需要推求各种水位或流量都十分方便。

3 库水位的变化引起水位流量关系不稳定

水库出库站一般距水库放水闸较近，库水位的变化对测验断面的水位流量关系影响较大，随着库水位的升高，水流通过闸门后下游水位（闸后水位）也随之升高，流速比库水位较低时流速相应增大，水面比降也随之增大，这时的流量点子偏于正常水位流量关系右侧，反之，库水位降低时，下游水位（闸后水位）也随之降低，水面比降减小，流量点子偏于正常水位流量关系左侧。总之库水位的变化，引起曼宁公式中的因子水面比降I的变化，造成水库出库站测验断面水位流量关系的不稳定。

4 测验误差造成的水位流量关系不稳定

人为测验误差也可造成水库出库站的水位流量关系紊乱，但这种影响和由于断面水力因素造成的影响应区别对待，水力因素的变化和测验误差都会造成关系点子的散乱，但两者有本质的不同，在定线时力求将二者分辨清楚，要做到这一点，在分析时，就要很好地了解渠道的水力特性和测验工作情况、误差幅度，实事求事地深入细致地进行分析。盲目信任每个测点，顺点连线，会使一些可以消除的偶然误差消除不了，反之，若把水力因素影响的偏离也看成测验误差，也会歪曲实际情况，两者都会降低流量的推求精度。人工测验误差主要有以下几个方面，在测验时应加以注意。

4.1 水位观读误差造成的水位流量关系散乱

水位观读误差虽然较小，有时仅1-2cm，但对水位流量关系曲线的率定影响较大，引起水量的误差也较大，因此，水尺的布设应符合标准，在基本水尺断面附近可设置自记水位计测定水位，根据自记水位记录值，加权记算日、月、年的水量，这样，可避免由于人为观读水位的误差而引起的水量计量误差，避免许多水事纠纷。

4.2 过水断面测量误差造成的水位流量关系散乱

1. 测深垂线过少或分布不均匀，在陡岸岸边转折处未测水深，可使面积可使面积偏大或偏小。

2. 波浪或测具阻水较大，影响观测。

3. 水深测量在横断面上的位置与起点距测量不吻合。

4. 测深杆的刻划或测绳的标志不准。

5. 水深测量仪器在施测前缺少必要的检查校测。

4.3 流速测量误差造成的水位流量关系散乱

1.起点距定位误差。

2.水深测量误差。

3.流速测点定位误差。

4.流向偏角导至的误差。

5.入水物体干扰流态导致的误差。

6.流速仪与流线不平行导致的误差。

7.停表或其他计时装置的误差。

5.结束语

引起水文测验断面的水位～流量关系不稳定原因很多，但并不是没有规律可循，只要在水位～流量关系变化较大时，适时增加流量测次，在各个相对稳定的时期，各定出一条临时曲线；在水位流量关系变化剧烈时，可采用连实测流量方法推流。并针对测验误差造成的原因，尽量提高测验精度，这样就可以提高水量计量精度，更好地为工农业生产服务。

参考文献

[1] 中华人民共和国水利部.河流流量测验规范[M].北京：中国计划出版社，1993.

[2] 水利部水文司.水文测验手册[M].北京：水利电力出版社，1973.

[3] 中华人民共和国水利部.水位观测标准[M].北京：水利电力出版社，1993.