李圣山，黃韶波，唐 明

（黃委河南水文水資源局，河南 鄭州450004）

1 斷面布設(shè)

斷面選在南水北調(diào)中線京石段北拒馬節(jié)制閘前150 m 處，斷面寬約35 m，深約5.0 m，兩岸光滑，河底比降較小，流速較小，水泥硬底河床，用轉(zhuǎn)子式流速儀進行流量測驗時，按照相應(yīng)規(guī)范[1]要求使用5 點法施測，流量精度要求較高，渡河工具無法使用測船，需要布設(shè)過河纜道進行施測。

斷面布設(shè)基本以渠護坡邊線作為后視方向，用全站儀作出其垂直于后視方向的測線，即斷面線，渠道在其線上的垂直面就是所選定的測驗斷面，在斷面兩側(cè)埋設(shè)斷面樁或制作標記作為斷面的控制點，引測高程實測過水斷面。

纜道布設(shè)包括主纜、副纜、循環(huán)索、起重索、鋼支架、地錨、水文絞車、鉛魚、信號傳輸設(shè)備、計數(shù)器等部分組成。它是實現(xiàn)流速儀施測流量的基礎(chǔ)設(shè)施，依據(jù)建造水文測驗設(shè)施經(jīng)驗和技術(shù)，在測驗斷面建成了流速儀過河的小鉛魚測驗纜道。

2 測驗的誤差控制

2.1 水位觀測資料的誤差控制

水位的變化主要決定于水體自身水量的變化、約束水體條件的改變、以及水體受干擾的影響等三方面因素。約束水體的條件很穩(wěn)定，因此，怎樣排除水體受干擾的影響，是確保本項目水位觀測精度的關(guān)鍵所在。該項目觀測的水位誤差來源主要是受閘口出流紊動水流和風(fēng)力產(chǎn)生的波浪引起的觀測誤差，為消除該項誤差，除嚴格按照水位觀測標準[2]進行觀測外，采用加長觀測時間，并觀讀多次浪頂、浪谷的讀數(shù)，以其均值為水尺觀測讀數(shù)，由此計算水位，有效的減少了由于水面波浪造成的誤差，使每一觀測斷面的水位觀測精度控制在0.5 cm 以內(nèi)。

由于南水北調(diào)渠道河底比降很小，水流平緩，因此為了更精確的觀測水文數(shù)據(jù)，設(shè)立了比降斷面，進行比降觀測。

2.2 流量測驗的誤差控制

流速儀流量測驗依據(jù)河流流量測驗規(guī)范和實際水文測驗經(jīng)驗及技術(shù)，選用纜道方式和方法進行流量測驗，有效地減少了測驗設(shè)施對測驗的影響。并且根據(jù)斷面狀況，在主流區(qū)加密垂線布設(shè)，保證測點測速歷時，及時套繪流速斷面分布圖，對照檢查測線流速，確保單次流量測驗質(zhì)量。

1）起點距定位控制。鑒于測驗斷面寬度較小，流速小，配置鉛魚重量輕的實際狀況，在過河纜架設(shè)時，將主纜調(diào)整至最小垂度，使纜道運行的改變量達到最小，以保證實測起點距與安裝的起點距計數(shù)器讀值的完全吻合，減小纜道垂度的影響。在實際測驗中，利用測驗斷面規(guī)則的特征，采用固定垂線法，堅持開始和終了校測固定點起點距的方法，達到有效控制測速垂線的具體位置。不定時使用全站儀校核起點距，確保起點距的誤差在規(guī)范規(guī)定之內(nèi)。

2）水深測量控制。在測驗時利用垂線偏角測量儀觀測懸索垂線偏角，按照規(guī)范規(guī)定改正測驗水深。同時利用實測水深與實測過水斷面水深進行對比、校定，使水深測量誤差控制在1%之內(nèi)。

3）流速垂線測點定位控制。測點流速完成后應(yīng)及時將計數(shù)器復(fù)零，且每次進行測點測驗時應(yīng)主動檢查，減少可能出現(xiàn)的錯誤。 并且觀讀鉛魚懸索上標識刻度，校定計數(shù)器所測讀的水深，使值誤差控制在0.01 m 以內(nèi)。

4）計時裝置控制。使用新型研制的LXD-3 型流速測算儀來保證高流速時的流速信號正常，保證計時誤差（僅為3‰）滿足計時秒表（3/600）的誤差要求。配備機械秒表（讀記至0.1 s），使用前進行校檢，控制誤差在允許范圍。

3 流量分析

3.1 流速儀施測流量分析

共施測流量35 次，水位—流量關(guān)系見圖1。從圖上可以看出，所測數(shù)據(jù)點比較分散，數(shù)據(jù)點成階段性分部，流量大于11 m3/s 的點和流量在10～11 m3/s 之間的點是在兩個時期內(nèi)施測。水位-流量關(guān)系和測點時間分部有關(guān)系，下游閘門對流量大小有不同的阻水作用，說明此段河道水流態(tài)式受外界影響較敏感，構(gòu)不成穩(wěn)定的水位-流量關(guān)系。

圖1 北拒馬水位—流量關(guān)系線

3.2 比降推估流量分析

比降推估流量公式采用謝才公式來計算。北拒馬河段謝才公式推流表見表1。

在明渠恒定均勻流以及明渠恒定緩變流中，常用謝才公式來計算流量。

式中：Q——流量；ω——過水斷面積；c——謝才系數(shù)；R——水力半徑；J——水力梯度。

曼寧公式做為一種計算謝才系數(shù)的經(jīng)驗公式，被廣泛應(yīng)用。

表1 北拒馬謝才公式推流表

式中：n——糙率；c——謝才系數(shù)；R——水力半徑。

表1可以看出，這個河段這段時間用謝才公式推出的流量與實測流量差值較大，其結(jié)果不能使用。也說明了此段河道河底比降太小，水面比降受外界因素影響太大，閘門的阻水作用造成對比降觀測有較大影響，這就導(dǎo)致了用謝才公式推出的流量與實測相比出入較大。

3.3 橫斷面流速等值線分部與垂線平均流速分部

北拒馬流量測驗大小基本上是7～14 m3/s 之間，選擇一個代表性流速等值線圖來說明橫斷面流速等值線分部情況（見圖2），相應(yīng)垂線平均流速分部圖（見圖3）。

圖2 流量7.67 m3/s 時橫斷面流速等值線分布圖

圖3 流量7.67 m3/s 時橫斷面垂線平均流速分布圖

從上圖可以看出，橫斷面中間流速大，兩側(cè)流速小，符合明渠流速分部特點。

從上面垂線平均流速分布圖可以看出，垂線平均流速分部中間大、兩側(cè)小的趨勢不明顯。由于這段河道水深較深、流速較小，造成明渠水流態(tài)勢不明顯。

4 結(jié) 論

通過分析南水北調(diào)中線明渠流量測驗可知：

1）渠道河底比降小，流速慢，測驗精度要求較高。

2）閘門對不同流量級別的水流有不同程度的阻水影響，致使該河段內(nèi)的水位流量關(guān)系不穩(wěn)定。

3）用轉(zhuǎn)子式流速儀進行測驗時，需重視單次流量測驗質(zhì)量，在流量測驗的各個環(huán)節(jié)上進行控制。