歐陽凱，林天才，黃錦鑫

（1.長江中游水文水資源勘測局岳陽分局，湖南 岳陽 414000；2.長江中游水文水資源勘測局赤壁分局，湖北 赤壁 437300）

浮標(biāo)法測流是指通過測定水中天然或人工漂浮物隨水流運(yùn)動的速度，結(jié)合斷面資料及浮標(biāo)系數(shù)來推求流量的一種方法之一。用水面流速或其他簡測方法測得的流速與斷面面積乘積求得的流量稱為虛流量。虛流量乘以浮標(biāo)系數(shù)可得到需要的實(shí)測流量。由于浮標(biāo)測流中要經(jīng)常使用浮標(biāo)系數(shù)（用流速儀法測得的斷面流量與用水面浮標(biāo)法測得的虛流量的比值），因此，浮標(biāo)系數(shù)的精度將直接影響流量測驗的精度，浮標(biāo)系數(shù)是決定流量測驗精度的重要因素之一。

根據(jù)流量規(guī)范要求，浮標(biāo)系數(shù)應(yīng)經(jīng)過試驗分析來確定，并且在不同的測流方案中應(yīng)使用各自相應(yīng)的試驗浮標(biāo)系數(shù)。

1 浮標(biāo)系數(shù)分析的目的與作用

目前水文測站在遭遇稀遇洪水、超出流速儀法測驗適用條件和在規(guī)劃部署流量測驗方案中收集流量資料時或在高洪期間，遇到上下游分洪、潰口等特殊水情時，水面浮標(biāo)法、中泓浮標(biāo)法作為最原始、最簡便、最有效的高洪測驗備選方案以彌補(bǔ)測站測洪能力的不足，浮標(biāo)法是應(yīng)急流量監(jiān)測的有效手段和補(bǔ)充。即使測站歷史上已分析有斷面浮標(biāo)系數(shù)，由于人類活動影響，許多河流的自然屬性已經(jīng)改變，分析測站浮標(biāo)系數(shù)的改變，對提高測站測洪能力、測驗精度也是很有必要的。其作用有：

（1）通過分析能找到符合測站特性的斷面浮標(biāo)系數(shù)及適用條件，有利于提高高洪測驗時采用水面浮標(biāo)法測驗的精度，提高測站測洪能力。

（2）通過分析有利于加深對測站水文特性的認(rèn)識，提高浮標(biāo)流量測驗水平。

（3）有利于特殊水情時提高應(yīng)用浮標(biāo)法流量測驗的應(yīng)急監(jiān)測水平。

2 浮標(biāo)系數(shù)分析率定

2.1 測站概況

本文以長江中游河段螺山站為例作為分析樣本，對該站多年實(shí)測浮標(biāo)流量和流速儀流量資料進(jìn)行分析。

螺山水文站建于1953年，位于北緯29°40′，東經(jīng)113°22′，地處長江左岸的湖北省洪湖市螺山鎮(zhèn)。上距洞庭湖出口約30.5km，下距武漢約210km，流域面積約1 294 911km2，是長江中游干流在接納洞庭湖水后的第一個重要水情控制站。

螺山測驗河段較為順直，上游約7.5km有楊林山卡口，河道上窄下寬呈喇叭型。左岸上游約140m有螺山電排站，下游約150m有2000年建成的螺山船閘；右岸上游約800m有鴨欄磯伸向河心，中高水時對右岸部分測速垂線產(chǎn)生影響。螺山水文站測驗斷面呈 W 型，河寬一般為1 400～1 800m。測驗河段中泓偏左，歷年沖淤變化較大。影響螺山水位流量關(guān)系的因素也較為復(fù)雜，主要受上游洪水漲落影響，另外，下游回水頂托及河段沖淤變化對水位流量關(guān)系有一定影響。

2.2 資料的選用

分析資料典型年份的選擇是根據(jù)上游長江三峽工程蓄水前后情況并考慮高、中、低水年進(jìn)行的。由于2003年長江三峽工程正式下閘蓄水投入運(yùn)用，因此，分別選擇蓄水前的1998～2002年和蓄水投入運(yùn)用后的2003～2010年浮標(biāo)流向資料進(jìn)行分析?？紤]了各年最高、最低水位實(shí)測資料，并同時兼顧各水位級大致均勻分布為原則（見表1）。

表1 螺山站浮標(biāo)系數(shù)率定成果表

3 分析內(nèi)容與分析方法

3.1 分析內(nèi)容

采用水位流量關(guān)系曲線法，將選用浮標(biāo)流向資料改算為浮標(biāo)虛流量資料，在對應(yīng)水位流量關(guān)系曲線上查找對應(yīng)流量。然后確定相關(guān)系數(shù)、進(jìn)行曲線檢驗、驗算統(tǒng)計精度。

3.2 分析方法

（1）選用1998～2010年不同水位級共21次流向測驗資料。

（2）分別繪制浮標(biāo)流速橫向分布曲線，以縱坐標(biāo)為浮標(biāo)流速，橫坐標(biāo)為起點(diǎn)距，點(diǎn)繪每個浮標(biāo)的點(diǎn)位，對個別突出點(diǎn)查明原因，屬于測驗錯誤的則予舍棄。

（3）在擬合好的浮標(biāo)流速橫向分布曲線上，分別查讀固定測深垂線所對應(yīng)的虛流速，以測深作為計算部分面積的分界，各部分面積乘以對應(yīng)的部分浮標(biāo)虛流速，累積求和即為浮標(biāo)虛流量。

（4）在水位流量關(guān)系曲線上，與浮標(biāo)測點(diǎn)同一洪水過程的曲線上查讀流量，或在各年整編成果推算出的同一洪水過程線上查讀流量作為斷面實(shí)測流量。

（5）以斷面實(shí)測流量Q為縱坐標(biāo)，斷面浮標(biāo)虛流量Qf為橫坐標(biāo)，將各點(diǎn)分別點(diǎn)繪在坐標(biāo)圖中，若各分析測次密集成帶狀時，即可通過點(diǎn)群重心及原點(diǎn)繪制成一條直線，該直線的斜率即為所求斷面平均浮標(biāo)系數(shù)Kf，如式（1）。

4 資料統(tǒng)計及誤差分析

（1）在數(shù)據(jù)整理分析時，選用1998-2010年不同水位級共21次流向測驗資料分析得到浮標(biāo)虛流量Qf、水位流量關(guān)系查線流量Q相關(guān)圖（見圖1）。

圖1 螺山站浮標(biāo)流量Qf～查線流量Q關(guān)系圖

（2）通過分析推求得到曲線斜率及斷面平均浮標(biāo)系數(shù)Kf=0.855。

（3）對所定浮標(biāo)虛流量Qf～水位流量關(guān)系查線流量Q相關(guān)曲線，誤差統(tǒng)計檢驗見表2。

①標(biāo)準(zhǔn)差：3.17%

③系統(tǒng)誤差：0.77%

表2 螺山站歷年浮標(biāo)流量相關(guān)關(guān)系三種檢驗表

5 誤差產(chǎn)生的原因

采用歷年流向資料分析過程中，有少部分資料出現(xiàn)浮標(biāo)系數(shù)大于1的不合理現(xiàn)象。原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）采用水位流量關(guān)系曲線法分析時，由于流速儀流量與浮標(biāo)流量不是同步實(shí)測，造成定線精度偏大或偏小。

（2）浮標(biāo)系數(shù)可能存在不穩(wěn)定，以及浮標(biāo)系數(shù)本身誤差、流向資料借用斷面誤差。

（3）低水期水深較小，垂線流速梯度變化不大，則浮標(biāo)系數(shù)較大。

6 結(jié)論

（1）通過對螺山站歷史資料采用水位流量關(guān)系曲線法分析，經(jīng)綜合考慮各種因素，螺山站斷面平均浮標(biāo)系數(shù)Kf采用0.855可以達(dá)到規(guī)范精度要求。

（2）應(yīng)用范圍

水位：20.71～33.00m；

流量：9 200～66 400 m3／s。

[1]SL247-1999，水文資料整編規(guī)范[S].

[2]河海大學(xué).水文測驗學(xué)[M].鄭州：黃河出版社，2003.