高洪時(shí)期非常規(guī)流速儀法測(cè)流的探討

呂守貴

（吉林省水文水資源局通化分局，吉林 通化 134000）

?

高洪時(shí)期非常規(guī)流速儀法測(cè)流的探討

呂守貴

（吉林省水文水資源局通化分局，吉林 通化 134000）

摘要：雖然應(yīng)用現(xiàn)代化的儀器，可突破高洪時(shí)期的測(cè)驗(yàn)限制，但是對(duì)中小水文測(cè)驗(yàn)站來(lái)說，沒有現(xiàn)代化的測(cè)驗(yàn)儀器是工作中遇到的最大問題，為了盡可能利用現(xiàn)有設(shè)備獲得準(zhǔn)確的數(shù)值，中小水文測(cè)驗(yàn)站只能應(yīng)用非常規(guī)的測(cè)驗(yàn)方法測(cè)驗(yàn)高洪時(shí)期的流速。通過分析高洪時(shí)期非常規(guī)流速儀法測(cè)流的方法，以獲得較精確的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文測(cè)驗(yàn)；水文作業(yè)；流速儀法

1　高洪時(shí)期流速儀法測(cè)流現(xiàn)狀

在水文測(cè)驗(yàn)中，應(yīng)用實(shí)測(cè)高精度的方法測(cè)驗(yàn)高洪數(shù)據(jù)有非常重要的意義。對(duì)設(shè)施比較齊全、應(yīng)用了全套現(xiàn)代化設(shè)備的水文測(cè)驗(yàn)站來(lái)說，也許能在惡劣的高洪環(huán)境下測(cè)驗(yàn)水文數(shù)據(jù)，而對(duì)部分水文設(shè)施不齊全的水文測(cè)站來(lái)說，則可能無(wú)法即時(shí)測(cè)驗(yàn)到數(shù)據(jù)。高洪測(cè)驗(yàn)設(shè)施不齊備、水文測(cè)驗(yàn)人員的生命安全難保證、難以即時(shí)測(cè)驗(yàn)到高洪水文數(shù)據(jù)就是目前高洪時(shí)期高精度數(shù)據(jù)測(cè)驗(yàn)的現(xiàn)狀。應(yīng)用非常規(guī)流速儀法測(cè)流是為了能在高洪環(huán)境中利用現(xiàn)有測(cè)驗(yàn)設(shè)備，精確采集高洪水文數(shù)據(jù)。

2　高洪時(shí)期應(yīng)用非常規(guī)流速儀法測(cè)流的原理

目前常規(guī)的測(cè)流方法為流速儀法、浮標(biāo)法、比降——面積法測(cè)流，各種測(cè)流方式既有優(yōu)勢(shì)，也其劣勢(shì)。

應(yīng)用流速儀法測(cè)驗(yàn)的精度最高，是水文測(cè)驗(yàn)部門首選的測(cè)流方法。當(dāng)出現(xiàn)高水位、流速過大、漂浮物多、沖淤大，無(wú)法應(yīng)用流速儀測(cè)量時(shí)，可以考慮應(yīng)用其他測(cè)流方法測(cè)流，幫助校正測(cè)流儀湍流的數(shù)據(jù)。

浮標(biāo)法，是在流速儀法難以實(shí)施時(shí)經(jīng)常使用的一種測(cè)流方法。這種測(cè)流的方法為在特定的水流中投放浮標(biāo)，通過測(cè)驗(yàn)浮標(biāo)的高流速、低流速、小水深的方法了解高洪峰值。其中，浮標(biāo)系數(shù)的確定決定測(cè)驗(yàn)的精確值，該數(shù)值是通過試驗(yàn)來(lái)決定的。測(cè)驗(yàn)人員要通過了解水向、風(fēng)向、風(fēng)速的數(shù)值，反復(fù)試驗(yàn)，通過取值20次以上，確定浮標(biāo)系統(tǒng)。這種測(cè)驗(yàn)方式?jīng)Q定浮標(biāo)法不能測(cè)驗(yàn)高洪峰量過急、過速、過短的數(shù)值。

比降——面積法，通過實(shí)測(cè)水位及斷面的方法，應(yīng)用力學(xué)公式來(lái)推定某一時(shí)段流量的方法。該種方法適用于高洪時(shí)段難以測(cè)流，而流速又較為均衡的情況。該方法要求斷面數(shù)據(jù)較為均衡。如果高峰峰斷面面積不均衡，則推定的數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)。

從以上的數(shù)據(jù)測(cè)速方法來(lái)看，流速儀法是最常應(yīng)用的測(cè)流方法，當(dāng)特殊環(huán)境出現(xiàn)，流速儀法測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)時(shí)，可應(yīng)用浮標(biāo)法與比降——面積法測(cè)流，結(jié)合三種測(cè)流的數(shù)值進(jìn)行校正，獲得較為精確的數(shù)值。在高洪時(shí)段，當(dāng)常規(guī)的測(cè)速工具已經(jīng)不能應(yīng)用，且流速儀法測(cè)量的數(shù)值又不夠精準(zhǔn)時(shí)，可應(yīng)用特殊的工具測(cè)流，這類工具不易受到高洪的影響，可以繼續(xù)測(cè)流，而湍流的原理與這三種測(cè)流方法沒有太大的區(qū)別。

3　高洪時(shí)期應(yīng)用非常規(guī)流速儀法測(cè)流的方法

常規(guī)的流速儀測(cè)流方式是指將專業(yè)的測(cè)流設(shè)備投入到設(shè)定的測(cè)流區(qū)域，完成測(cè)流工作。而在高洪峰時(shí)段，專業(yè)的測(cè)流儀器可能根本無(wú)法使用，這時(shí)可將非常規(guī)的測(cè)流依器投放到設(shè)定的區(qū)域，完成數(shù)據(jù)采集工作。而非常規(guī)則的測(cè)流工具測(cè)出的數(shù)據(jù)偏差太大，需要通過糾偏的方法正確取值。通常應(yīng)用普通吊車懸吊流速儀測(cè)流或沖鋒舟船測(cè)流。

根據(jù)水文橋測(cè)規(guī)范，橋測(cè)斷面的設(shè)置通常為2～5m，我國(guó)常用的橋測(cè)車臂長(zhǎng)為3m，如果人工實(shí)操時(shí)懸吊鉛魚的重量為15～50kg，在特殊的時(shí)間，重量還會(huì)增加，吊懸吊鉛魚的重量超過75kg時(shí)，橋測(cè)車臂難以使用。此時(shí)一般應(yīng)用普通吊車完成實(shí)測(cè)工作，普通吊車車臂長(zhǎng)10m，要吊重?cái)?shù)噸以上的物件，它的機(jī)動(dòng)性好、穩(wěn)定性好，只要設(shè)計(jì)好物件投放及水平位置，就可完成測(cè)流工作。經(jīng)過作業(yè)實(shí)踐證明，應(yīng)用普通吊車懸吊流速儀，可完成20條測(cè)速垂線測(cè)流，測(cè)流可控時(shí)間為1h，測(cè)速的精度較為穩(wěn)定。

當(dāng)普通吊車也難以設(shè)置時(shí)，可應(yīng)用沖鋒舟測(cè)速法。這是指人工操縱沖鋒舟逆水行駛，通過測(cè)船速與流速的方法測(cè)出高峰時(shí)段的流速。這種測(cè)流方法存在的問題是需要找到?jīng)_峰舟的參照坐標(biāo)，因?yàn)闆_鋒舟在高洪峰時(shí)段行駛時(shí)，船會(huì)受到高洪峰的影響上、下、左、右擺動(dòng)，僅設(shè)置一個(gè)方向的流速，測(cè)驗(yàn)的垂線數(shù)值會(huì)不準(zhǔn)確。一般應(yīng)用這種測(cè)驗(yàn)方法時(shí)，水文測(cè)驗(yàn)人員會(huì)先確定參照坐標(biāo)，采用儀器交會(huì)法確定起點(diǎn)距離，然后開始測(cè)流。

結(jié)合普通吊車法和沖鋒舟測(cè)流法進(jìn)行測(cè)流，然后讓數(shù)據(jù)彼此參照、對(duì)應(yīng)，可得出較為精準(zhǔn)的測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

4　高洪時(shí)期應(yīng)用非常規(guī)流速儀法測(cè)流的誤差

4.1流速儀法的數(shù)據(jù)誤差糾偏

流速儀法測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)偏差有幾種：隨機(jī)偏差、未定系統(tǒng)、已定系數(shù)偏差、偽偏差。隨機(jī)偏差有一定的規(guī)律性，呈正態(tài)分布，該種偏差糾正的方法為采用置信水平為95%的偏差糾正法；未定系統(tǒng)偏差應(yīng)用判斷置信水平是否95%的偏差方法；已定系數(shù)偏差數(shù)值已確定，可用現(xiàn)有的數(shù)值修正，偽偏差值則直接剔除減少偏差。

4.2其他測(cè)速法單次流量的誤差糾偏

單次流量測(cè)量偏差可用即時(shí)測(cè)流的方法確定偏差，對(duì)測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。以某次水文站在高洪時(shí)期應(yīng)用沖鋒舟與普通吊舟進(jìn)行測(cè)量為例，實(shí)測(cè)中水時(shí)期最大測(cè)點(diǎn)流速為1.91m/s，最大水深為4.49m，而高洪時(shí)期的最大流量為822m3/s，結(jié)合這次的單次實(shí)測(cè)誤差，可得到該次實(shí)測(cè)的所有誤差值，該次的誤差分析如表1：

表1　沖鋒舟動(dòng)船測(cè)流與傳統(tǒng)的吊船測(cè)流誤差分析表Tab.1　Flow measurement error of speedboats and traditional gondolas analysis table

4.3其他測(cè)速法已定系統(tǒng)誤差的糾偏

已定系數(shù)誤差是通過多次實(shí)測(cè)得到了數(shù)據(jù)，通過分析比較數(shù)據(jù)得到誤差值。比如，某次應(yīng)用現(xiàn)役橋測(cè)車測(cè)速時(shí)，得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，查閱往年資料，分析橋上游流速受影響最大的距離（Dmax）的方法為：如果天然流速為1m/s，那么影響距離為2.9m，如果天然流速為2m/s，那么影響距離為3.3m……結(jié)合以上數(shù)據(jù)，可取值已定系數(shù)誤差，令誤差值能達(dá)到規(guī)范的要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張連翔，肖鵬云，劉懷坤.極坐標(biāo)法在高洪流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2009，（07）：130-131.

［2］ 羅國(guó)政，雷東風(fēng).水文站高洪流量測(cè)驗(yàn)方案探討［J］.陜西水利，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

中圖分類號(hào)：X171

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-8646（2016）08-0036-02

收稿日期：2016-02-11

作者簡(jiǎn)介：呂守貴（1978-），男，吉林梅河口人，從事水文水資源研究。