权法计算实测流量的创建

杨中全 乔万亮

（黑龙江省绥化水文水资源中心，黑龙江 绥化152050）

1 问题提出

随着水文测验的新发展，一些新的测验仪器投入使用，尤其是流量的测验方法不同，流量的计算方法也是多种多样。但是，其中最基本的施测方法还就是流速- 面积法，流速- 面积法主要是通过流速、间距、水深等要素的测量，进行部分流速和部分面积的计算，最后推算出部分流量及全断面流量。在计算部分流速和部分面积时，利用的是梯形计算方法，不管是流速沿水流方向分布还是水深沿断面横向分布，都是呈现外凸内凹形变化，这样，势必对流量计算会产生偏小的现象？

如何解决或者计算更为接近实际情况？也就是怎样克服梯形法带来的不足之处？此文利用曲边梯形上的中位线法来计算就可更接近或逼近真实值，即此文所指的权法计算流量。

2 流量模型原理

2.1 建立流量计算模型

流量是指河流或渠道单位时间内通过某一过水断面的水量。以往计算流量是通过计算部分流量，然后将部分流量加起来就得到全断面流量。此次计算流量与以往的不同，首先是通过基本的实测数据计算断面平均流速和断面平均水深或面积，最后采用如下的断面流量计算关系式：

式中：Q——断面流量/ m3/s；B——断面水面宽/m；d——断面平均水深/m；V——断面平均流速/m/s。

根据公式（1）需要测量断面的水面宽、平均水深、平均流速，水面宽可直接测到，而断面平均水深和平均流速是最为关键。

2.2 加权计算断面平均水深

利用曲边梯形的中位线代表每条测深线的测深值乘以对应的相邻前、后间的宽度即部分宽，也就是每一条测深与它相邻前、后的测深线为分界，两个前、后相邻测线间距就是对应该条测深线的权重。相邻岸边的测深线与该岸边的间距就是岸边水深的权重。其计算断面平均水深公式如下：

表1 某站权法计算流量成果表

式中B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1——分别为断面一岸水边、第一条、第二条、……、第n 条、另一岸水边测深线对应的起点距/m；d0，d1，d2，……，dn，dn+1——分别为对应断面起点距B0，B1，B2，……，Bn，Bn+1的水深/ m；。

2.3 加权计算断面平均流速

一般情况下，流量测验测深、测速线布设较均匀，所以流速对部分宽度的权重关系不是很大，这时主要与水深权重关系较为密切，为此给出计算断面平均流速公式如下：

式中：V1，V2，……，Vn——分别为断面第一条、第二条、……、第n 条测速线的平均垂线流速/m/s。这里把两岸边流速按零处理，其他符号同前。

3 实例

取某水文站2019 年30 次实测流量资料，先后采用公式（2）、（3）、（1）进行了尝试计算，其结果如表1。从表中可以看出：原来传统的流速- 面积法计算的流量确实偏小，30 次流量全部大于流速- 面积法计算的流量值，最大偏差为8%只一个，次大偏差6%的有5 次，最小偏差为1%，平均系统偏大4%。

4 结论

此次采用的是在沙质河床条件下某站资料得到的试验结果。该方法适用断面是均质的河床，且测线要求均匀分布，断面线型以凹型为主、局部上凸较少的河流。

通过计算结果分析，过水断面面积计算两者出入不大，主要表现在流速上。流速尾数较流速- 面积法计算的数值多1～2，这充分说明了测验断面面积的测深线满足要求，而测速线不够，致使加权法计算断面平均流速偏大，也就是流速- 面积法计算的数值偏小结果的出现。从一个侧面反映了测深线和测速线的布设与断面形状、流速分布及河段状况有着不同的规律和特点。

利用曲边梯形的中位线进行断面面积计算，这样更能适合实际断面形状，以有限的测线计算面积逼近真值更快。

在测线分布均匀的情况下，对流速采用测深加权法进行计算，同样也是一种曲边梯形的中位线计算方法，因此，断面平均流速计算也是高于流速- 面积法计算精度。