水文站洪水测验水面流速系数探究

水文站洪水测验水面流速系数探究
摘要：我国水文测站大多分布在一些山溪类型的河流上，其水流比较湍急、水情较为复杂、同时其含沙量也比较大等，由于测设的设施标准不高，在进行水面流速系数测验的时候比较困难，同时其测验系数的准确性不是很高。

本文笔者就水文站洪水测验水面流速系数进行探讨和分析。

关键词：水文站；洪水；水面流速系数；测验
中图分类号：p331 文献标识码：a 文章编号：
在测验水文站洪水水面流速系数的时候，由于流速测点的数量比较有限，因此在测速的垂线上可以采用自上而下的方法来分布，促使这些测点能够处于流速垂直方向变化的有关重要位置，但是一些特殊情况下，要想准确计算出垂线的平均流速，就必须要先计算出水面流速的系数。

本文笔者就水文站洪水测验水面流速系数进行探讨和分析，根据不同的测验方法，来分析和研究不同的水面流速系数。

一、水文站洪水测验水面流速系数的方法
在实际测验过程中，一般常用的方法为流速仪水面法、浮标法以及电波流速仪法。

这三种测样方法的工作原理主要如下。

（一）流速仪水面法
即通过吊箱或者水文缆道，采用旋浆流速仪来测定河道水体水面流速，通过对邻近点来实测断面图，从而可以得出河道水体虚流量，将虚流量与流速仪的水面系数相乘，就可以知道河道的流量。

（二）浮标法
这种测样方法主要是将浮标从上断面投放，在经过一段时间以后浮标就会流到下断面，通过浮标来测验水体表面相关点的虚流速，通过邻近来实测断面图，其虚流量与浮标的系数相乘，从而得出河道的流量。

（三）电波流速仪测流法
这种测验方法主要是利用远距离的没有人接触的方法来测量流速，不仅可以在已经具备电波流速仪条件的河流水文站中使用，同时还可以在水流湍急、水情复杂、水中漂浮多以及含沙量较大，且旋桨流速仪不能下水的情况下，采用这种方法。

相对于旋桨流速仪而言，电波流速仪法在操作上更加安全，同时其速度也比较快，测量的时间也相对较短。

电波流速仪工作的原理主要是通过雷达多普勒效应，当电磁波在不同介质的表面发生反射的时候，其观察者、波源以及媒质之间就会产生相对运动，从而改变电磁波的频率。

水体进行相对运动的时候，能够改变反射波的频率，其改变的大小与水体流动相对速度有着直接的关系。

反射波频率和发射波频率之间的差值其实就是多普勒频率，通过对其进行转换从而得出水体表面相应位置的流速。

要注意的是在使用电波流速仪进行测速的时候，观察者和波源要保持不动。

二、不同测验方法中水面流速系数的变化
（一）流速仪法中水面流速的系数
测验河道内相关水利因素的整体反应其实就是流速仪的水面系
数，它与水面比降变化、河床糙率以及断面形状等是相互联系的。

如果一些河段的断面比较规则，其河床也相对比较稳定的话，流速分布的形式也会比较稳定，水面流速的系数相对比较稳定，流速垂线一般处于抛物线形，同时水面流速的系数还会随着水利因素变化而发生改变。

此外，水面流速系数还会受到河道糙率、水深等给各项因素的影响，在同一河道的断面上，水面流速系数较低的其散乱也比较小，而水面流速系数较高的则比较稳定。

（二）浮标法中水面流系数
在水文站洪水测验中，断面流速仪所测得的流速除以相对应的浮标流速，得到的结果就是浮标系数，其中浮标流速主要是指浮标在从上断面流到下断面过程中的平均流速，因此，浮标系数属于一个多因素综合的参数。

而浮标的类型、气流以及河流的水利因素等都会影响着浮标系数，同时断面的形状、水流情况、河道的粗糙程度以及测流断面的垂直程度都对浮标系数都会产生一定的影响。

即使相同材质的浮标，如果其风力不同，其浮标系数也会有所不同，在逆风的时候，浮标系数相对较大；而在顺风的时候，浮标系数相对较小。

（三）电波流速法中水面系数
电波流速仪在测量水面流速的时候，电波流速仪的发射波主要是以一种椭圆状而发散在水面上，其椭圆形的区域与电磁波的发射角和测程有关。

如果椭圆面积比较小的话，可以将其中心点是视为其水面流速。

电波流速仪的水面系数与以上两种方法的水面系数一
样，与河床糙率、断面的形状以及水面比降之间有着密切的关系，其水面系数的大小与测流断面的内垂线流速的分布形式相关，同时还容易受外界环境的影响，比如天气和电磁等因素的干扰，因此，在进行测验的时候，一定严格按照操作步骤来执行，并多次进行测量，取其平均值，确保其水面流速系数的准确性。

三、各水面流速系数之间的关系
（一）流速仪水面系数和浮标系数之间的关系
通过对浮标系数和流速仪水面系数进行分析，可以看出流速仪水面系数比浮标系数要大，而流速仪水面系数的标准差却比浮标系数的标准差小，则说明流速仪的水面系数集中度相对较高，并且受外界影响也比较小。

在上下断面比较规则、测流河段比较顺直以及高水流线较为平稳顺直的水文站，其二者大致相同。

相反，如果测流河段存在弯曲和收缩现象的话，同时浮标测流的不同断面形态不一致时，且流线不够平稳顺直的水文站，浮标系数要比流速仪水面系数略略小，其相差值大概在5%—13%。

（二）流速仪水面系数和电波流速仪的水面系数之间的关系
1.通过电波流速仪所测得到的流速，产生的水面系误差较少，属于真正的水面流速。

相反旋桨流速仪在操作的过程中，其实测的流速比较小。

在同一断面、河流的情况下，旋桨流速仪所测得的流速和电波流速仪所测得的流速相同的时候，这二者的水面流速系数也会相同。

在相同测流断面下，电波流速仪的水面系数可以借用旋桨流速仪的水面系数。

2.由于旋桨流速仪的水面系数和浮标系数存在着一定的偏差，电波流速仪的水面系数在借用浮标系数的时候，应该对测流河段相关流态进行仔细地分析。

当电波流速仪的测流断面和旋桨流速仪的测流断面不相重合的时候，必须要对这两个断面流速的纵向和横向分布状态进行分析，如果二者相似的话，才能进行借用，如果二者存在的差异较大的话，则应该实验来进行分析，查看其是否符合标准。

3.目前在水文站供水测验水面流速系数的时候，常用电波流速仪，通过雷达多普勒效应，采用无接触的方法对河流的水流流速进行测量，这种仪器在使用上比较安全、方便和快速等特点，同时不会受到漂浮物和含沙量等因素的影响。

近年来，这种仪器推广的比较广泛，其发展的速度也比较快，一般适用于桥测、水文巡测、河流洪水期的流速测量等，是目前使用比较理想的一种仪器。

通过计算水面流速系数，获取某河流的流量。

通过对电波流速仪之间的比测应用，可以发现这种仪器在实践工作中，其性能比较稳定，其精度能够符合有关规范技术的要求。

因此，在水文站洪水测验水面流速稀疏的时候，可以有效利用这种方法，并且在合理分析浮标系数和流速水面系数的基础上，对这两个系数进行合理地借用。

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