青龙河土门子站水面流速系数的分析探讨

摘要：流速测得准确与否，将直接影响到诸项水文要素的精度，本文通过河北省青龙河土门子水文站多年实测的精测资料和实验数据验证了该站水面流量系数，并对影响水面流速的最直接因素风向风力进行了探讨与研究。

关键词：青龙河；水面；流速系数

Study on the velocity coefficient of the water surface of the Tumenzi hydrologic station on the Qinlonghe river

LIUYuhe

（Tangshan Bureau of Hydrological & Water Resource Survey,Tangshan 063000,China）

Abstrdct: Whether the velocity is measured correctly or not influences the accuracy of many hydrologic factors directly. Based on the observational data of Tumenzi hydrologic station on the Qinlonghe river in the Hebei province, the velocity coefficient of the water surface is verified, and the most direct effective factors of the velocity coefficient is researched in the paper.

Key words:Qinlonghe river ;water surface ;velocity coefficient

1基本情况

1.1流域的情况

青龙河位于滦河流域的东侧，青龙河为滦河第二大支流。它纵贯青龙县全境，青龙河水量之大，冠于其它河流。青龙河发源于承德地区平泉县境内燕山山脉的七老图山支脉的南侧，源头共有两支：其中一支发源于台头山北朱杖子南沟，另外一支发源于台头山西的北台子。这两支南流至辽宁省凌源县三十家子村的北处汇合，继续向南流至绊马河入宽城县境，再南流至老岭湾北入青龙县境内，穿过大石岭、蒿村、土门子、大巫岚、双山子、南杖子至桃林口过长城入卢龙县境内，西南流至曲河庄南入迁安市境，又西南流至揣庄有徐流河注入，南流至枣行有冷口沙河汇入，再南流至郎庄有野河流入，从揣庄流到马哨村东，再入卢龙县境，东南流折转西南流，至崔李庄村东南，南流至滦县石梯子村北入滦河，全长222km，流域面积6500km2。青龙河支流众多，流域面积大于100km2的支流有6条，即沙河、起河、星干河、都源河、南河、三岔口河。流域内植被一般，以阔叶林和针叶林为主。流域内的田地多以沙瓤土和黏土为主。农作物多以玉米、谷子、高粱、大豆和红薯等。水土保持不好，悬移质中含沙量大，发洪水时有时能将河中的鱼呛死[1]。

1.2测站情况

土门子水文站，位于河北省青龙县椅子山村（东经119°10′、北纬40°27′）。由河北省水文总站于1971年6月设立，为国家常年代表站区，主要观测项目有：水位、流量、降水量、蒸发量、悬移质输沙率、含沙量、水温、冰情。控制流域面积为2822km2，主河道比降为2‰，实测最大洪峰流量为 3800m3/s。附近暴雨含沙量小，且暴涨暴落。上游暴雨含沙量大，且暴涨缓落。

1.3断面控制情况

基上1000m有一约90度的弯道，基下400m有斜向拦河坝。分别对高低水起控制作用。右岸为陡峭的石灰岩，左岸为农田和村庄。主槽在右岸，河床由细沙组成。冲淤变化不大。历年推流多采用单一曲线法、连时序曲线法、临时曲线法和 连实测流量过程线法。当水位超过40.5m时，则会出现漫滩。当水位超过41.50m时，会出现两股主流，即130~170m和240~280m。自建站以来，只有1984年和1994年两次出现漫滩。

1.4所使用的资料情况

自1986年至1992年间,利用平水期及洪峰的退水段,水位变化缓慢期间,对水深0.42~1.35m段分别进行了多点法流速的精密测量。共有14次流量、51条垂线参加统计、计算，其中四点法30条，五点法3条，六点法18条。垂线平均流速的计算公式为[2]：

（1）四点法（水面流速不参加计算）Vm＝（v0.2+v0.6+v0.8）/3

（2）五点法Vm＝（V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0）/10

（3）六点法Vm=（0.5V0.0+V0.2+V0.4+V0.6+V0.8+0.5V1.0）/5

以上这些资料及表中所涉及到的数据，全部都是从原始资料记载表中直接抄录而得。收集资的来源以及资料的质量绝对可靠。

2探研水面流速系数的意义

在流量测验中，有时会遇到只能测得水面流速的特殊情况，通常采用经验水面流速系数计算垂线平均流速，往往不能满足精度要求．我们按照水文规范，在测速垂线上自上而下分布数量有限的流速测点，如两点法（h0.2、h0.8）、三点（h0.2、h0.6、h0.8）法、五点（h0.0、h0.2、h0.6、h0.8h1.0）法和六点（h0.0、h0.2、h0.4、h0.6、h0.8、h1.0）法）等，使这些测点正好处于流速滑垂直方向变化的重要部位，根据测点流速测量的结果，算得垂线平均流速。而在特殊情况下，有时只能测得水面流速，这种情况下要想算得垂线平均流速，就必须首先求得水面流速系数。

测流，是水文测站的基本工作之一。而流量是诸水文要素之首，流速又是流量的主要成分。因此、流速测得准确与否，将直接影响到诸项水文要素的精度[3]。

影响水面流速的因素存在着较大的不确定性，比如河床坡度、水面比降、河曲系数、湿周、河床糙率、风向、风力等[4]。测准水面流速系数显得尤为重要。

水文规范测验手册中给出的水面流速系数值，是否符合本流域、河流的条件，有待于比测、验证。只有掌握第一手精测资料，才能求得正确的水面流速系数，就能做到心中有底，以大胆应对可能出现的特殊水情，且只允许施测水面的流速测验。

3水面流速系数的统计、计算

现将建站以来所实测的14次精测流量，51条垂线的流速资料，进行统计、计算、分析。垂线平均流速的计算值以及水面流速值，均抄自原始记载计算表。用垂线平均流速Vm除以水面流速V0.0，得出各垂线的水面流速系数Ki，即：Ki=Vm/V0.0，再用算术平均法算得本站的水面流速系数[2]。统计、计算结果见表1。

表1水面流速系数统计、计算结果表

序号 时间 水位 流量 水深 平均流速 水面流速 风向风力 水面流速系数 备注

年 月 日

1 1986 6 11 39.59 1.80 0.41 0.23 0.27 0 0.85 4点

2 0.45 0.32 0.38 0 0.84 4点

3 0.42 0.36 0.43 0 0.84 4点

4 0.45 0.17 0.21 0 0.81 4点

5 6 16 39.59 1.82 0.41 0.24 0.28 3 0.86 4点

6 0.45 0.34 0.38 3 0.89 4点

7 0.44 0.35 0.39 3 0.90 4点

8 7 2 39.62 3.80 0.42 0.51 0.57 0 0.89 4点

9 0.46 0.33 0.37 0 0.89 4点

10 7 31 40.28 37.7 1.02 0.58 0.69 0 0.84 4点

11 1.02 0.92 1.07 0 0.86 4点

12 0.84 0.95 1.10 0 0.86 4点

13 0.82 0.64 0.73 0 0.88 4点

14 0.96 0.74 0.88 0 0.84 4点

15 8 22 40.22 33.9 0.95 0.55 0.65 0 0.85 4点

16 0.77 0.81 0.93 0 0.87 4点

17 0.74 0.71 0.80 0 0.89 4点

18 0.79 0.71 0.82 0 0.87 4点

19 0.86 0.65 0.76 0 0.86 4点

20 0.98 0.47 0.54 0 0.87 4点

21 26 40.11 24.3 0.81 0.16 0.19 0 0.84 4点

22 0.79 0.76 0.85 0 0.89 4点

23 0.62 0.65 0.76 0 0.86 4点

24 0.68 0.62 0.69 0 0.90 4点

25 0.70 0.55 0.62 0 0.89 4点

26 1987 9 7 40.07 24.8 0.73 0.37 0.41 0 0.90 6点

27 0.87 0.78 0.88 0 0.89 6点

28 0.80 0.69 0.78 0 0.88 6点

29 0.91 0.67 0.79 0 0.85 6点

续表1 水面流速系数统计、计算结果表

序号 时间 水位 流量 水深 平均流速 水面流速 风向风力 水面流速系数 备注

年 月 日

30 1987 9 9 39.92 17.6 0.57 0.28 0.35 3 0.80 6点

31 0.67 0.67 0.83 3 0.81 6点

32 0.61 0.63 0.80 3 0.79 6点

33 0.64 0.66 0.79 3 0.79 6点

34 13 39.79 13.8 0.52 0.38 0.41 3 0.93 6点

35 0.56 0.48 0.59 3 0.81 6点

36 0.51 0.62 0.76 3 0.82 6点

37 0.65 0.61 0.75 3 0.81 6点

38 0.49 0.58 0.73 3 0.79 6点

39 0.50 0.57 0.71 3 0.80 6点

40 0.54 0.59 0.74 3 0.80 6点

41 0.60 0.55 0.70 3 0.79 6点

42 1990 7 8 40.21 38.6 1.10 0.99 1.09 0 0.91 4点

43 1.16 1.02 1.29 0 0.79 4点

44 1.35 1.09 1.21 0 0.90 4点

45 7 12 39.79 12.0 0.75 0.72 0.82 0 0.88 4点

46 1.00 0.73 0.82 0 0.89 4点

47 8 9 39.95 20.5 1.07 0.69 0.81 3 0.85 6点

48 1.19 0.68 0.81 3 0.84 6点

49 9 5 39.99 24.7 0.96 0.92 1.02 3 0.90 5点

50 0.88 0.92 1.02 3 0.90 5点

51 1992 8 8 39.75 10.4 1.05 0.64 0.75 3 0.85 5点

合计 4361

均值 0.855

4结果分析

经过对51条垂线资料的统计、分析、计算，并且得出本站的水面流速系数为0.855与水文规范中的水面流速系数0.85，是基本吻合的[5]。

把上述计算结果细化为三个不同的水深(h)段，即：h≤0.60m、0.60~1.00m、＞1.00m

当水深小于0.60m 时的水面流速系数为k=0.845，

当水深在0.60~1.00m时的水面流速系数为k= 0.861，

当水深大于1.00 m时的水面流速系数为k=0.855；

也就是说，当水深越小时水面流速系数越小；中等水深时水面流速系数越最大；当水深越大时越接近规范值。说明规范中的系数值，是从大水深的河流中实验出来的，与中小河流条件还存在着一定的差异。

从测验的结果中还发现，影响水面流速的最直接因素是风向和风力，当逆风达到三级时，水面流速系数为0.874，当顺风达到三级时，水面流速系数为0.812。因此，应尽量避免在恶劣的大风天气下施测水面流速。当客观条件不允许时，可以建立以风向风力与水面流速系数的函数关系。

5结语

水深小于等于0.6m时涉水施测，水面流速系数为0.845；水大时上吊箱施测，水深在0.60~1.00m时，水面流速系数为0.861，水深大于1.00m时，水面流速系数为0.855与水面平均流速系数相等。施测的方式有所不同，测验结果可能存在一些差异。但结果是在规范规定范围内的，其结果可以直接使用。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看