李自順，陳玉斌

水文站水面流速系數(shù)分析研究

李自順1，陳玉斌2

（1.云南省水文水資源局，云南昆明650106；2.云南省水文水資源局紅河分局，云南蒙自661199）

從云南省水文站分布概況及其水面流速系數(shù)測驗情況、分析研究方法、誤差控制、分析研究成果等方面對水文站進行10 a水面流速系數(shù)測驗結(jié)果分析研究。截止目前為止，云南省156個水文站有138站采用水面流速系數(shù)分析值，占全省水文站的88.5%。其分析研究結(jié)果為：屬于云南境內(nèi)的長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江流域水文站水面流速系數(shù)范圍分別為0.78～1.15、0.81～1.06、0.78～1.16、0.76～1.07、0.74～0.98、0.81～0.92。關(guān)鍵詞：水面流速系數(shù)；水文站；云南

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展對水文資料成果需求的日益增長，實現(xiàn)水資源永續(xù)利用對水文工作提出了更高更新的要求。近年來，社會經(jīng)濟的快速發(fā)展不同程度地改變了河流的水沙情勢，使云南省水文測驗河段的復(fù)雜性更加突出，從資料審查的結(jié)果來看，因水文測驗環(huán)境的改變，各種測驗系數(shù)的不合理性也不斷顯現(xiàn)，甚至在一定程度上影響到部分測站的流量測驗精度。針對云南省大部分水文站的流量測驗系數(shù)一直沿用著“經(jīng)驗值”或多年前“分析值”的實際情況，為進一步加強全省水文測驗工作、保證流量資料測驗精度，從2007年起在全省范圍內(nèi)開展測驗并收集系數(shù)分析資料，通過2007—2016年10 a的辛勤測驗，積累了大量的分析資料，并在此基礎(chǔ)上對云南省水文站水面流速系數(shù)進行分析研究。

1 水文站分布概況

云南省地處祖國西南邊陲，北回歸線橫貫?zāi)喜浚瑬|部與貴州省、廣西壯族自治區(qū)為鄰，北部同四川省相連，西北部緊倚西藏自治區(qū)，西部同緬甸接壤，南部同老撾、越南毗連，轄16個州、市，國土面積39.4萬km2。省境內(nèi)河流眾多，有長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江6個流域水系，分布了156個水文站。云南省水文站各流域站數(shù)，見表1。

表1 云南省水文站各流域站數(shù)

2 水面流速系數(shù)測驗情況

水面流速系數(shù)測驗工作在云南省轄區(qū)內(nèi)各水文站開展，從工作布置、組織實施到測驗分析成果形成，歷經(jīng)10 a時間，并在2009、2016年分別進行了2次分析。具體工作主要從各水文站的測驗條件設(shè)置、分析計算方法選擇、精度評定等方面進行。依據(jù)10 a的系統(tǒng)比測資料，對各水文站水面流速系數(shù)進行了歸納，并得出初步分析成果。通過對各水文站測驗河段的變化情況、比測分析資料的可靠性及分析結(jié)論的合理性等方面認真細致的研究，確定2次分析可以采用水面流速系數(shù)的水文站數(shù)為138站；其中，長江流域有40站，珠江流域25站，紅河流域23站，瀾滄江流域24站，怒江流域15站，伊洛瓦底江流域11站。仍采用經(jīng)驗值的共有11站，其中珠江流域1站、紅河流域4站、瀾滄江流域6站。未能分析和未采用經(jīng)驗值的共有7站，其中長江流域3站、瀾滄江流域3站、怒江流域1站。云南省各流域水文站水面流速系數(shù)測驗及分析研究站數(shù)統(tǒng)計，見表2。

表2 云南省各流域水文站水面流速系數(shù)測驗及分析研究站數(shù)統(tǒng)計

3 水面流速系數(shù)分析研究方法

水面流速系數(shù)測驗分析研究工作主要依據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB 50179—2015）規(guī)定進行。水面流速系數(shù)均依據(jù)各水文站實測資料分析，由多點法或相對水深0.6一點法測速資料與加測水面流速資料研究確定。其線性回歸方程為：

式中：Q為斷面流量（m3/s）；K為相關(guān)系數(shù)（水面流速系數(shù)）；QX為斷面虛流量（m3/s）；C為待定常數(shù)。

在相關(guān)直線方程中，當(dāng)斷面虛流量為0時，斷面流量也為0，所以直線方程中常數(shù)C為0，故相關(guān)直線方程可簡化為：

式中：各變量含義同上。

4 水面流速系數(shù)誤差控制

水面流速系數(shù)誤差控制包括測驗誤差控制和分析誤差控制。測驗誤差控制表現(xiàn)在測驗過程中對測流實機的把握和對水深、起點距、流速測量的控制。分析誤差控制采用趨勢線擬合程度指標R2，R2數(shù)值大小可以反映趨勢線的估計值與對應(yīng)的實際數(shù)據(jù)之間的擬合程度，擬合程度越高趨勢線的可靠性就越高。R2取值范圍在0～1，當(dāng)R2值等于1或接近1時趨勢線的可靠性最高，反之則可靠性較低。在本次水面流速系數(shù)分析中，要求R2大于0.90。R2的計算公式為：

式中：ssreg為回歸平方和；sstotal為總平方和。回歸平方和=總平方和-殘差平方和（ssresid）。

5 水面流速系數(shù)分析研究成果

通過對6個流域138個水文站水面流速系數(shù)分析研究得到，長江流域水文站水面流速系數(shù)范圍為0.78～1.15，珠江流域水面流速系數(shù)范圍為0.81～ 1.06，紅河流域水面流速系數(shù)范圍為0.78～1.16，瀾滄江流域水面流速系數(shù)范圍為0.76～1.07，怒江流域水面流速系數(shù)范圍為0.74～0.98，伊洛瓦底江流域水面流速系數(shù)范圍為0.81～0.92。從經(jīng)驗值統(tǒng)計得到，珠江流域水面流速系數(shù)取值為0.90，紅河流域水面流速系數(shù)取值范圍為0.85～0.92，瀾滄江流域水面流速系數(shù)取值范圍為0.74～0.87。

6 水面流速系數(shù)影響因素及建議

6.1 影響因素

（1）測驗方面。部分水文站位于山區(qū)性河流上，山區(qū)性河流普遍存在陡漲陡落的水勢狀況，高水搶測洪峰時比測資料收集難度較大，加上精測法歷時較長，致使高水級比測資料缺乏，給分析成果帶來一定的隨機性。部分水文站受上游水利工程影響較大，測驗難度增加且失準。

（2）設(shè)備方面。部分水文站測流設(shè)備在高水時鉛魚重量不夠，致使測流鉛魚的纜道拉偏角大等情況發(fā)生，從而產(chǎn)生較大測驗誤差，對系數(shù)分析精度有影響。

（3）測驗河段方面。系數(shù)是對該測驗時段水流情況的綜合反映，當(dāng)測驗河段發(fā)生變化如堵壩抽水、塌方等情況時往往對水面流速系數(shù)產(chǎn)生影響，但分析的系數(shù)往往不能及時反映這些變化。

6.2 建議

對于已采用水面流速系數(shù)分析值的水文站，每年應(yīng)布置一定測次對分析值進行檢驗，發(fā)現(xiàn)變動時須及時開展新的對比測驗和分析。

目前分析成果是現(xiàn)有測驗設(shè)備的反映，當(dāng)水文站測驗設(shè)備進行改造及測洪能力和精度得到提高時應(yīng)開展新的對比測驗和分析。

當(dāng)涉水建筑物對系數(shù)發(fā)生新的影響時須及時開展新的對比測驗和分析。

7 結(jié)論

根據(jù)實際工作需要及測驗條件，云南省156個水文站有138站進行了水面流速系數(shù)測驗分析。經(jīng)分析研究發(fā)現(xiàn)，屬于云南省境內(nèi)的長江、珠江、紅河、瀾滄江、怒江、伊洛瓦底江流域水面流速系數(shù)范圍分別為0.78～1.15、0.81～1.06、0.78～1.16、0.76～1.07、0.74～0.98、0.81～0.92，其分析成果可用于實際生產(chǎn)中。

TV11；P33

B

1004-7328（2017）02-0062-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.019

2016—12—25

李自順（1964—），男，高級工程師，主要從事水文測驗、資料整編工作。