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1、水资源研究第27卷第4期(总第101期)2006年12月流量计算误差的分析及改进方法贺志岗柳发忠苏业助周晓英(长江水利委员会汉江水文水资源勘测局,湖北丹江口442700)摘要:实验资料证明在部分宽内单宽流量分布曲线总体情况是呈直线变化的。提出了一种新的简单方便、实用有效的断面流量计算方法单宽流量法,并用实例比较分析了其计算精度,证明单宽流量法克服了流量国标法存在的问题,提高了流量精度,可作为修订流量国标的依据。关键词:断面流量;计算方法;单宽流量;直线变化;流量精度1几种断面流量计算方法2单
2、宽流量分布曲线型式的分析设断面内任一部分的宽度为b,两端点的垂线水深为h1与所谓单宽流量分布曲线型式,这里是指单宽流量沿水面宽h2,垂线平均流速为v1与v2,则根据河流流量测验规范的规的变化情况,即在部分宽内是向上凸还是向下凹,或是直线变化。如果已知单宽流量分布曲线的型式,无论是部分流量还是定,部分流量Qb的计算公式(以下简称流量国标法)为:断面流量的计算问题就迎刃而解了。h1+h2v1+v2BQb=(2)(2)b=4(h1v1+h2v2+h1v2+h2v1)将部分宽b等分,直线内插出各等分点的垂线水深与
3、垂线(1)平均流速,计算其单宽流量并点绘成图,与单宽流量法的比较情况如图1所示。从图1中可知,由于流量国标法与丁文昌法的丁文昌在断面流量计算方法的商榷(水文,1981年第3基本前提相同,因而其单宽流量分布曲线也相同,都是向下凹,期)一文中,在(1)式的基础上,用积分法求得的部分流量Qb的要比单宽流量法偏小。这样会导致全断面的单宽量分布曲线可计算公式(以下简称丁文昌法)为:能成为锯齿形,与天然河道的实际情况是不相符的。因此,有必bQb=6(2h1v1+2h2v2+h2v1+h1v2)(2)要通过对实
4、测资料的分析寻求新的计算方法,以便改进这些问若在部分宽内的单宽流量均呈直线变化,部分流量Qb的题。计算公式(以下简称单宽流量法)为:bQb=(h1v1+h2v2)(3)2对于用流量国标法计算断面流量系统偏小的问题,前人已做过不少分析研究,并提出过不少改进意见,但至目前为止仍存在一些问题:分析了水深直线变化时产生的流量误差,未能对水深与流速均直线变化时的综合影响进行分析,未能揭示单宽流23量横向变化的实质;在确定流量标准值时引用的公式v=h(v为垂线平均流速;为常数;h为垂线水深)是令人质疑的
5、。众所周知,它将明槽均匀流时断面平均流速与水力半径、水力坡度和糙率之间的关系,即谢才公式简化成天然河道非恒定流时断面内所有垂线平均流速与水深关系的统一表达式,这两者无图1不同方法单宽流量分布曲线论在概念上还是数量上都有很大差别。设Q为断面流量,B为水面宽,q为单宽流量,n为测速垂假定b=10m,h1=1m,h2=2m,v1=1ms,v2=2ms,线数,1与n为两岸边流量系数,除两岸边外其它部分宽内的3单宽流量均呈直线变化,则根据流量计算原理,断面流量的计算按(1)式计算的部分流量为22.50ms;
6、按(2)式计算的部分流量33公式为:为23.33ms;按(3)式计算的部分流量为25.00ms。若以单宽流量法为准,则流量国标法偏小10%,丁文昌法偏小6.7%。收稿日期:2006-06-19作者简介:贺志岗,男,长江水利委员会汉江水文水资源勘测局,工程师。4BB~30m(右岸)和254~256、260m(左岸)的垂线均是中高水位测Q=dQ=qdB00流时的岸边测速垂线,故以这4条垂线作为分析对象。在前述111q1b1+2(q1+q2)b2+2(q2+q3)b3++的22次多垂线法流量资料中
7、选择至水边另加测2条以上测速垂线的资料作为计算依据,分4种情况将各次资料中各条垂线112(qn-2+qn-1)bn-1+2(qn-1+qn)bn+nqnbn+1的单宽流量与至分析垂线的距离均化为相对值,使分析垂线的(4)相对单宽流量q为1、相对距离M为0,水边的相对单宽流量下面用汉江白河水文站的实测资料对单宽流量在部分宽内q为0、相对距离为1,并分别绘制q~M分布曲线图,如图3呈直线变化问题予以论证,至于岸边流量系数1与n的推求,所示。曲线与坐标轴包围的面积即是岸边流量系数。现将4条将在第3部
8、分中加以叙述。分析垂线的主要成果列于表2。从图3和表2得知:2表1白河站相对单宽流量分布曲线成果白河站系国家一类水文站,控制面积5.9115万km,宽深比3部分宽FFE%在流量为1000ms时为70,随着流量的增加而减小,至流量为30.08~0.140.032640.03201-1.910000ms时为25,属于窄深型断面。该站曾在1982~1984年0.14~0.200.035980.0
