趙東輝，耿 郁，劉 建

(1.吉林省水文水資源局通化分局，吉林 通化 134000;2.吉林省水文水資源局吉林分局，吉林 吉林 132000)

隨著水文站隊(duì)結(jié)合方式的深入，巡測方式得到了進(jìn)一步普及。用巡測車在橋上測流，既可以提高工作效率，同時(shí)又?jǐn)U大了資料收集范圍，提高了巡測機(jī)動能力，促進(jìn)了水文工作向深度和廣度發(fā)展。因此對橋測流量精度進(jìn)行科學(xué)的分析研究，對水文測驗(yàn)有著廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。在通化地區(qū)對梅河口(梅)、梅河口(二)和朝陽鎮(zhèn)(二)三個(gè)水文站進(jìn)行橋測試驗(yàn)，由于這三個(gè)水文站都設(shè)在輝發(fā)河上，河流特性相似，橋梁構(gòu)造相同，因此通過橋型的選擇，橋墩對流速的影響，橋測與其它流量測驗(yàn)方式的對比分析，對橋測流量的精度進(jìn)行分析研究。

1 橋型的選擇

用巡測車進(jìn)行橋測，按照《水文巡測規(guī)范》(SL195－97)要求，較為理想的橋型一般是選擇橋墩較小、跨度較大的公路橋，且“宜選擇圓形(雙柱型)、圓端(頭)形墩的橋梁”。在現(xiàn)行橋梁中，選用鋼筋混凝土雙管板梁公路橋較為適宜。由于這種橋的橋面板一般伸出橋墩2m左右，較為有利于橋測斷面的布設(shè)。考慮到流速的因素，橋測斷面一般選在橋的上游，并宜在“橋墩上游2～5m范圍內(nèi)水流較平穩(wěn)處”。按照這一要求，若橋面離開橋墩的距離2～5m，則斷面設(shè)在橋外0～3m即可。選擇這個(gè)距離的好處是橋測工具的懸臂不致過長，測量起來較為方便，安全系數(shù)也更大一些。

2 橋墩對水流流速的影響

天然水流通過橋梁時(shí)，流速必然要受到橋墩的阻水影響。由于橋墩對水流在各個(gè)方位、方向上影響的不同，同時(shí)也必然影響到橋孔間的流速分布。具體的影響通過對梅河口(梅)、梅河口(二)、朝陽鎮(zhèn)(二)三個(gè)水文站在橋墩正對水流的迎水方向，距橋墩 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0m 處進(jìn)行多點(diǎn)法測速，由于以上三個(gè)站的河流特性、橋梁構(gòu)造完全相同，并且位于同一條河流之上，因此把三個(gè)站的資料匯集到一起，以Vi為橋墩上游迎水方向不同距離(Di)處的流速，V4為距橋墩4.0m處的流速，綜合繪制Vi～Di～V4相關(guān)圖(圖1)。

由圖上看，距橋墩2m處的流速與4m處的流速接近，流速系數(shù)為1.05，3m與4m處的流速接近，流速系數(shù)為1.00，可視4m處的流速與天然流速(V天)一致。在相關(guān)圖上反映出，越接近橋墩，流速受到的影響越嚴(yán)重，它與天然流速的大小、橋墩形狀、離開橋墩的距離等因素關(guān)系十分密切，因此通過它們之間的相關(guān)關(guān)系可以建立相關(guān)方程:

式中:V天為不愛橋墩影響的天然流速;K為影響流速的系數(shù)，與流速大小、橋墩形狀、離開橋墩距離等因素有關(guān);Vi為離開橋墩某一距離處測速垂線的平均流速;Di為某一測速垂線距離橋墩的距離;m為流速指數(shù);n為墩距指數(shù)。

圖1 橋上游距橋墩不同距離處的流速與距橋墩4m處流速Vi～Di～V4相關(guān)

對大量的實(shí)測資料試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，經(jīng)推導(dǎo)可得:m=1.05，n 數(shù)值則為 n= －0.25，K=1.30。這樣可推導(dǎo)出在橋的上游，即橋墩迎水方向天然水的流速與橋墩形狀、距離橋墩距離等的相關(guān)方程為:

建立這個(gè)相關(guān)方程的目的，就是試圖推求橋墩對上游水流流速的影響范圍及距離橋墩不同距離處的流速，用以確定橋測斷面的位置和推求流速計(jì)算的改正系數(shù)。

對上述三個(gè)水文站在橋墩下游 3.0m處的斷面上，根據(jù)橋墩左右兩側(cè)橫向分布的流速資料亦點(diǎn)繪了Vi～Di～V4相關(guān)圖，從圖上同樣可以看出，距離橋墩越近，點(diǎn)群散亂程度越嚴(yán)重，流速受到的影響越大。從正對橋墩上、下游情況看，橋墩對下游流速的影響范圍要比上游大得多，這是由于橋下游水流受到橋墩的阻水影響，產(chǎn)生渦流影響范圍較大的緣故。也正是由于這個(gè)原因，《水文巡測規(guī)范》(SL195－97)中規(guī)定橋上測流應(yīng)選在在橋上游，，因此不再推求天然狀態(tài)下的水流流速與橋下游橋墩的距離、橋墩形狀、距離橋墩的距離等相關(guān)因素的相關(guān)方程。

3 橋測流量與其它流量測驗(yàn)方式的精度對比

對橋測流量的精度，用船測的方式與之進(jìn)行比測，進(jìn)行精度驗(yàn)證。通過在上述三個(gè)測站的橋上3m處布設(shè)測驗(yàn)斷面，船測斷面設(shè)在橋上游20m處，全斷面都一樣共布設(shè)10條垂線，都用常規(guī)法施測，兩種測量方法同步進(jìn)行。三個(gè)站分別施測10次，共計(jì)取得30次對比資料。經(jīng)點(diǎn)繪比測流量關(guān)系點(diǎn)，可以看出，同步進(jìn)行比測的水位流量關(guān)系線，點(diǎn)據(jù)非常集中，相關(guān)關(guān)系良好。見圖2、圖3、圖4。

圖2 梅河口(二)站橋測與船測水位－流量關(guān)系綜合曲線圖

圖3 朝陽鎮(zhèn)(二)站橋測與船測水位－流量關(guān)系綜合曲線圖

由上可以看出，梅河口(梅)的相關(guān)系數(shù)為0.998，梅河口(二)的相關(guān)系數(shù)為0.997，朝陽鎮(zhèn)(二)站的相關(guān)系數(shù)為0.998，低水流量編差略大的原因，主要是由于低水流量小，很大程度上是測量誤差造成的。由此看來，橋測流量嚴(yán)格按照巡測規(guī)范，是可以保證相當(dāng)高的精度的。

圖4 梅河口(梅)站橋測與船測水位－流量關(guān)系綜合曲線圖

4 結(jié)語

在橋測流量計(jì)算中，過水?dāng)嗝婷娣e是否扣除橋墩面積，流速是否進(jìn)行改正，決定于橋測斷面的布設(shè)位置。為計(jì)算方便和不致使流量計(jì)算精度因進(jìn)行改算而降低，如能將橋測斷面設(shè)在橋墩對水流影響范圍以外，較為有利。從試驗(yàn)資料看，只要橋墩尺寸小，影響水流范圍小，橋面橋伸出橋墩一定距離，不在橋孔內(nèi)布設(shè)垂線，就能達(dá)到這個(gè)目的。只要完全按照河道站的測流要求布設(shè)斷面，使斷面的各條垂線流速都接近天然流速，則流量精度很高，且很簡便。但若橋測斷面不能設(shè)在接近天然流速處，則垂線流速會受到影響，需要進(jìn)行流速改正，改正系數(shù)的值需要經(jīng)過大量試驗(yàn)才能確定。

［1］水利技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)匯編—水文卷—水文測驗(yàn)，中國水利水電出版社，2002.

［2］水力學(xué)，華東水利學(xué)院，1957.