鄧念德

摘要? ? 中泓浮標法是河流洪水暴漲、暴落且流速儀測流困難或發(fā)生特殊水情時水文站采用的備用測流方法。本文根據(jù)祖厲河會寧、郭城驛、靖遠3個水文站多年實測流量資料，對祖厲河流域天然河道中泓浮標系數(shù)進行計算與分析，其結果可以為突發(fā)洪水、特殊水情、應急監(jiān)測、防洪預警以及測驗人員不足情況下流量測驗提供技術依據(jù)。

關鍵詞? ? 中泓浮標;系數(shù);流量;誤差計算;祖厲河流域

中圖分類號? ? P332.4? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2018）23-0190-02

祖厲河發(fā)生洪水時，泥沙大、漂浮物多，中高水期無法采用流速儀測流量。中泓浮標法作為水文站一種備用的測驗方法，是河流洪水暴漲、暴落且流速儀測流困難或發(fā)生特殊水情時主要采用的測流方法。為了滿足流域內突發(fā)洪水、特殊水情、應急監(jiān)測、防洪預警以及測驗人員不足情況下流量測驗需要，通過會寧、郭城驛、靖遠3個站歷年實測浮標（均勻浮標法）流量資料，運用水位-流量關系曲線法和水面-流速系數(shù)法計算對比分析各站相關關系，確定各站中泓浮標系數(shù)，在符合規(guī)范規(guī)定的前提下，為祖厲河流域天然河道流量測驗提供技術依據(jù)。

1? ? 研究區(qū)概況與分析方法

1.1? ? 研究區(qū)概況

1.1.1? ? 流域概況。祖厲河是黃河一級支流，又名祖厲川、屎岔河、南河。祖厲河上源是厲河，發(fā)源于甘肅省會寧縣南部與通渭縣交界處的華家?guī)X北麓，北流至會寧縣城匯合東來祖河后始稱祖厲河，北偏西流至靖遠縣城西3 km處的紅嘴子注入黃河。主河道全長219 km，流域面積10 680 km2，多年平均流量3.29 m3/s，年徑流量1.05億m3。流域面積50 km2以上河流有68條，面積500 km2以上河流有6條。

祖厲河流域屬溫帶半干旱氣候區(qū)，氣溫由南向北遞增，上游以會寧縣氣象站為代表，年平均氣溫6.6 ℃，下游以郭城驛站為代表，年平均氣溫8.6 ℃;降水由南向北遞減，多年平均降水量由南部的488 mm逐漸減少到北部的244 mm。

流域地處隴西黃土高原，地貌形態(tài)為黃土丘陵和殘原，濕陷性黃土層厚達15～25 m，植被稀疏，沖刷嚴重，河水中平均含沙量457 kg/m3，最大含沙量高達1 110 kg/m3，平均年輸沙量6 764萬t，是世界上含沙量最大的河流之一。河水中含有大量鎂、鈉、鈣等元素，礦化度達3 g/L以上，水質苦咸，不能利用，是黃河流域著名的苦水河。

1.1.2? ? 水文站點情況。祖厲河干流自上而下設有會寧、郭城驛、靖遠3個水文站。其中，郭城驛、靖遠2個站是國家重要水文站，其實時監(jiān)測祖厲河雨水情信息及收集地表水資源基礎資料，并承擔祖厲河雨水情防汛預警任務，為下游區(qū)域防洪減災提供科學技術依據(jù)。各站點分布見圖1。

1.1.3? ? 河流基本特征。祖厲河屬高含沙河流，具有山溪性河流的特征[1]，徑流來源主要是暴雨洪水，平時河流接近干涸。根據(jù)會寧、郭城驛、靖遠3個站歷年水文資料分析確定，祖厲河洪水過程陡漲陡落，呈尖瘦型，上下游洪水變化過程較為一致。河床由淤泥細沙組成、含沙量大、沖淤變化頻繁是3個站測驗河段的主要特征。

1.2? ? 資料系列選用

點繪祖厲河流域年均降水量與年徑流量時序累積值相關曲線圖如圖2所示?？梢钥闯?，祖厲河流域受流域氣候變化及人類活動影響，流域水文特性發(fā)生較大變化，祖厲河流域降水-徑流雙累積曲線在1995年后發(fā)生顯著偏移，表明流域水文特性在1995年后產生變化。因此，在保證水文資料的連續(xù)性、一致性、準確性、可靠性的前提下，為提高分析精度，會寧、郭城驛、靖遠3個站采用水文資料系列為1996—2016年。

為了保證分析精度和質量，根據(jù)以上3個站實測資料及各自測驗河段特性，選用各站流量>50 m3/s以上數(shù)據(jù)樣本進行計算分析，會寧、靖遠站選用資料系列樣本各70個，郭城驛站選用樣本114個。

1.3? ? 分析方法

1.3.1? ? 依據(jù)?！逗恿髁髁繙y驗規(guī)范》（GB 50179—2015）C.6.1條規(guī)定：水面浮標系數(shù)的試驗，有條件進行比測試驗的測站，應以流速儀法測流和浮標法測流進行比測試驗;無條件比測試驗的測站，可采用水位流量關系曲線法和水面流速系數(shù)法確定浮標系數(shù)[2-3]。浮標系數(shù)應由斷面流量除以斷面虛流量，或由斷面平均流速除以斷面平均虛流速，或斷面平均流速除以中泓（最大水面虛流速）、漂浮物浮標流速[4-5]。

由于祖厲河會寧、郭城驛、靖遠3個站在中高水期無法使用流速儀法進行流量測驗。因此，根據(jù)這3個站的歷年實測浮標流量（均勻浮標法）資料，采用水位-流量關系曲線法和水面-流速系數(shù)法2種方法進行對比分析，確定相應的泓浮標系數(shù)[6]。

1.3.2? ? 中泓浮標系數(shù)計算分析。

（1）水位-流量關系曲線法計算分析。根據(jù)各站選用的資料系列樣本，采用中泓浮標法計算分析，其計算如下式：

Q=Kmf AmVmf

式中：Q為斷面流量（m3/s），Kmf為中泓浮標系數(shù)，Am為斷面面積（m2），Vmf為中泓浮標水面（最大）流速（m/s）。

（2）水面-流速系數(shù)法計算分析。根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》（GB 50179—2015）C.6.6條規(guī)定要求：采用水面流速系數(shù)的試驗資料間接確定浮標系數(shù)，并應符合中泓水面流速系數(shù)的試驗，宜按高水期所選用的一種測流方案比測分析。

2? ? 結果與分析

2.1? ? 水位-流量關系曲線法計算結果

通過中泓水面（最大）流速浮標間接求出各級水位斷面虛流量，以實測流量（水位-流量關系）為縱坐標，中泓虛流量為橫坐標，點繪關系曲線，見圖3。求得會寧站相關關系R2=0.989 0，K=0.722 0;郭城驛站相關關系R2=0.970 8，K=0.658 5;靖遠站相關關系R2=0.987 9，K=0.730 5;即各站中泓浮標系數(shù)會寧站為0.722 0，郭城驛站為0.658 5，靖遠站為0.730 5。

2.2? ? 水面-流速系數(shù)法計算結果

采用歷年中高水實測資料（均勻浮標法），建立3個站斷面平均流速及中泓最大水面虛流速關系，見圖4。求得會寧站相關關系R2=0.919 7，K=0.697 0;郭城驛站相關關系R2=0.915 4，K=0.705 5;靖遠站相關關系R2=0.953 0，K=0.728 0;即各站中泓浮標系數(shù)會寧站為0.697 0，郭城驛站為0.705 5，靖遠站為0.728 0。

2.3? ? 流量還原計算

通過2種方法計算分析，郭城驛站采用水位-流量關系曲線法得出的中泓浮標系數(shù)偏低。經分析，其原因主要為受其支流關川河匯入后，部分場次受回水頂托和沖淤變化頻繁造成水位抬高、面積增大、流速變小導致系數(shù)偏小。

經對3個站實測資料按照水面-流速系數(shù)法計算結果進行流量還原計算，剔除因測驗誤差造成的測點，各站均勻浮標法計算與中泓浮標法計算斷面流量分析誤差見表1～3。

3個站經用水面流速法分析結果進行流量還原計算，可以發(fā)現(xiàn)，90%以上系列資料相對誤差符合《河流流量測驗規(guī)范》（GB 50179—2015）精度要求，中水期僅有少數(shù)選用樣本誤差達到8%～11%，其原因主要是測驗河段受沖淤變化造成斷面面積變小所致。

3? ? 結論

采用水位-流量關系曲線法計算祖厲河會寧、郭城驛、靖遠3個站中泓浮標系數(shù)，其中郭城驛站計算結果偏低。因此，以上3個站采用水面-流速系數(shù)法分析結果，即中泓浮標系數(shù)會寧站為0.697 0、郭城驛站為0.705 5、靖遠站為0.728 0。通過流量還原計算，流量成果95%的樣本均在允許誤差之內，其計算結果符合本站河流特性。

4? ? 參考文獻

[1] 楊成有，劉進琪.甘肅江河地理名錄[M].蘭州：甘肅人民出版社，2014.

[2] 朱曉原，張留柱，姚永熙.水文測驗實用手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.河流流量測驗規(guī)范：GB 50179-2015[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[4] 饒斌，陳玉斌.水文站中泓浮標系數(shù)分析[J].低碳世界，2018（4）：64-65.

[5] 楊立敏.碧口水文站中泓浮標系數(shù)試驗分析[J].甘肅水利水電技術，2017，53（10）：21-24.

[6] 黃世洪，鄒費祥.兩種浮標測驗法的對比分析[J].長江工程職業(yè)技術學院學報，2016，33（2）：5-7.