郝家店水文站寬頂堰測流系數(shù)分析

易繼峰，李智峰

（遼寧省水文水資源勘測局遼陽分局，遼寧 遼陽 111000）

1 郝家店水文站基本情況

郝家店水文站位于遼寧省遼陽縣下達(dá)河鄉(xiāng)，始建于1969年5月，集水面積431km2，是湯河水庫重要的入庫控制站。該站測驗河段順直，屬山溪性河流，來水較快，枯水期水位變化很小。河床由卵石組成，沖淤變化不大，斷面穩(wěn)定。左岸漿砌石護(hù)岸，高2.70m。右岸水泥板護(hù)坡?；舅邤嗝嫔嫌?00m處有急灣。

2 問題的提出

基本水尺斷面上游200m處有寬頂堰1座，堰上水位在120.85m以下時，出流狀態(tài)為自由堰流。下游500m處有混凝土滾水壩1座，回水影響至基本水尺斷面上游190m處。受回水影響，該站低枯水流量測驗難度很大，且精度不能保證。以2011年為例，該站全年流量小于30m3/s的天數(shù)有358d，占全年天數(shù)的98.1%，全年大部分流量測驗工作受到下游回水的影響。

為避免基本斷面下游滾水壩的回水對流量測驗的影響，同時節(jié)省流量測驗工作的人力物力，該站擬采用基本斷面上游200m處的寬頂堰施測低枯水流量，故此需對寬頂堰流量系數(shù)進(jìn)行分析。

3 解決方法

通過2011年實測流量資料分析，確定不同水位級寬頂堰流量系數(shù)，采用水工建筑物法施測流量提供依據(jù)。

水位采用自記水位計觀測數(shù)據(jù)，流量選取2011年水位在120.85m以下的實測流量30次，用水利學(xué)公式計算寬頂堰流量系數(shù)，建立水位～寬頂堰流量系數(shù)關(guān)系曲線，通過曲線確定不同水位的寬頂堰流量系數(shù)，從而實現(xiàn)寬頂堰測流目的。

在選取的流量當(dāng)中，實測最大流量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為實測流量（m3/s）；m為寬頂堰流量系數(shù)；b為寬頂堰寬度（m）；g為重力加速度，為9.81m/s2；H0為水頭（m）；

4 理論計算與分析

4.1 寬頂堰

寬頂堰為混凝土結(jié)構(gòu)，堰寬30m，堰高0.52m，堰頂高程120.34m。

4.2 堰上水位流量關(guān)系曲線的確定

在2011年實測流量中選取30次流量，建立水位～流量關(guān)系曲線，如圖1。對水位～流量關(guān)系線進(jìn)行符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗。經(jīng)檢驗，該關(guān)系線滿足水位流量關(guān)系定線精度要求。

圖1 郝店站水位～流量關(guān)系

4.3 寬頂堰流量系數(shù)

由式（1）可推出：

其中，式（2）中符號意義同式（1）。

根據(jù)30次實測流量，分別計算不同水位的寬頂堰流量系數(shù)m，計算結(jié)果見表1。

表1 寬頂堰流量系數(shù)m及泄流量Q計算

4.4 建立水位～寬頂堰流量系數(shù)關(guān)系曲線

通過計算得到的寬頂堰流量系數(shù)m，建立水位～寬頂堰流量系數(shù)關(guān)系曲線，如圖2。

圖2 郝店站水位～寬頂堰流量系數(shù)m關(guān)系

對水位～寬頂堰流量系數(shù)關(guān)系線進(jìn)行符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗。經(jīng)檢驗，該關(guān)系線滿足定線精度要求。詳見表2。

表2 水位～流量系數(shù)關(guān)系

注：①樣本容量：N=30；正號個數(shù)：11.5；符號交換次數(shù)：14。②符號檢 驗：u=1.10；允許：1.15；(顯著性水平a=0.25)；合格。③適線檢驗：U=0.00；允許：1.28(顯著性水平a=0.10)；合格。④偏離數(shù)值驗：|t|=0.34；允許：1.31(顯著性水平a=0.20)；合格。⑤標(biāo)準(zhǔn)差/%：Se=3.3。⑥隨機(jī)不確定度/%：6.6。⑦系統(tǒng)誤差/%：0.2。

4.5 合理性分析

用圖2中水位～寬頂堰流量系數(shù)關(guān)系曲線，按不同水位級在線上查得相應(yīng)的寬頂堰流量系數(shù)m。然后根據(jù)式（1）進(jìn)行相應(yīng)寬頂堰泄流量計算。

對實測流量與寬頂堰推算流量進(jìn)行檢驗。顯著水平采用0.05，計算結(jié)果合理，說明實測流量與寬頂堰推算流量為一個系列。

5 結(jié)語

郝家店水文站流量測驗精度為三類，根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》要求，流量測驗精度指標(biāo)三類精度的水文站單一曲線法隨機(jī)不確定度為11%，系統(tǒng)誤差為2%。根據(jù)以上分析計算流量隨機(jī)不確定度為6.6%，系統(tǒng)誤差0.2%，滿足流量定線要求。因此在水位120.85m以下時，該站可以采用寬頂堰進(jìn)行流量測驗。

［1］趙振興,何建京.水力學(xué)［J］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［2］馬慶云.水文勘測工［M］.鄭州:黃河水利出版社,1996.

［3］GB50179—93，河流流量測驗規(guī)范［S］.

［4］GB/T50138—2010，水位觀測標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］SL247—1999，水文資料整編規(guī)范［S］.