[浅谈浮标测流系数的确定方法] 浮标系数分析

　　摘要：我国是一个自然灾害多发的国家，每年都会因洪水灾害造成经济与人民生命财产的巨大损失。因此，测量及获取水文相关数据资料能为防汛决策提供有效的理论依据，而浮标测流法是对水文数据资料测量的有效方法之一，确定浮标测流系数也就成了其中关键的因素之一。文章通过对浮标测流法的实际应用为例，对浮标测流的确定方法进行简单阐述。
　　关键词：浮标测流系数；确定方法
　　中图分类号：P332.4 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2012）-06-0139-1
　　在浮标测流工作时，关键是对于浮标系数的使用，它直接决定了其计算结果的精度。结合河东水文站实例，对浮标测流的系数确定作探讨。
　　河东水文站处在图们江流域，属图们江水系，其控制河长为373.8公里，流域面积为25970平方公里，测量河段的坡度1.1%，砂卵石组成河床。图们江下游的控制站位于东经130度13分北纬42度58分，属国家一类重点控制站。测验的河段直长400米左右，左岸缓坡，右岸靠山，枯水的主流偏向右，高水的主流偏左，在4.7米时的水位开始漫滩，河宽大约170米。高低水的控制良好，左岸砂卵石。基本水尺的断面上游400左右有弯道。基本水尺的断面下游约280米位置存在下比断面，基下175米处有测流断面，测流断面的上、下约100处是上、下浮标的断面。
　　1 浮标测流实验
　　1.1 实验准备
　　（1）把浮标缆道放到水边，基本水尺断面由技术人员对初始水尺读数进行测量，上下比降水尺的读数与计算水位水宽同时确定浮标的个数。
　　（2）技术人员安排控制缆道、浮标上断面、浮标下断面、基本水尺断面、仪器各一人。
　　1.2 实验步骤
　　（1）利用图钉对原点进行确定，基线长度作为纵坐标，起点距为横坐标，由于该水文站的基线桩前移10米，因而起点距相应每次加10米，并将每次记录的起始结束时间及天气情况。
　　（2）仪器技术人员负责在浮标到达测流的断面时，准确测量浮标位置、浮标的序号与测量角度，同时对相应起点距进行计算，并在每一次测流最后一个浮标之后，把仪器对准后视点进行校核，确定仪器位置未产生变化。
　　（3）开始测量时，由仪器技术人员发出信号，通知缆道处人员开始计算圈数后，并使缆道线索的浮标落水的同时浮标上断面的人员发信号给浮标下断面负责人员开始计时，在浮标到达基本水尺断面时，通知仪器负责人员把相应的起点距计算出，在浮标到达下断面时，下断面负责人员立即结束计时并准确读取浮标的运行时间，并在全断面重复、均匀地进行浮标投放。要求计时的精度范围在100秒时至1秒内。结束后观测终基本的水尺读数。
　　（4）将断面位置、起止的时间、浮标的类型、上下比降的间距、基线的长度、天气水面的情况进行完整记录，另外还有浮标入水的深度，上下浮标的断面间距、有效的浮标数量、浮标的直径等。
　　1.3 实验结果
　　自2002年开始，在汛前均使用浮标法进行测流工作，实验结果如下：
　　表1
　　年份 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
　　天气水情 阴平 阴平 阴平 阴平 晴平 晴平 阴风 阴平 晴风 阴平
　　水位 2.86 3.82 3.5 3.3 3.5 2.98 2.85 2.78 2.92 4.01
　　线流量 64.9 248 219 203 223 109 66.5 58.3 101 327
　　虚流量 76.4 293 252 239 259 127 76.4 67.8 116 384
　　Kf 0.85 0.85 0.87 0.85 0.86 0.86 0.87 0.86 0.87 0.85
　　1.4 成果分析
　　1.4.1 分析方法 （1）使用浮标测速记录表将浮标编号、测流起点距、测流历时、浮标流速填入。（2）在方格纸上按照比例进行点绘流速和河底的高程、起点距的关系图、浮标流速编号，并通过点群的中心得到曲线图。（3）摘录两侧水边和等距起点距与相对应线上的虚流速。（4）将起点距、应用的水深、相应的水位、河底的高程、断面的面积、间距、垂线虚流速、平均水深计算出。
　　浮标系数计算公式：ki浮标系数=qi实/qi虚，式中qi实从每年新建水位流量的关系线上获得；qi虚是每年利用浮标法所计算得到的流量；ki浮标系数就是计算得出的相关系数。浮标系数的平均值是每年浮标的系数平均得出，可计算得到本站的浮标系数0.86。
　　1.4.2 误差分析
　　δ绝对 = qi虚-qi实；δ相对 = （qi虚-qi实）/qi实*100%
　　式中，δ绝对是其绝对误差，δ相对是其相对误差。经误差分析结果计算可知其误差小于20‰。
　　1.4.3 浮标系数应用 从以上的成果分析结果可以得知，当浮标系数0.85时，是由于顶风因素所致，虚流量较小；浮标系数0.87时，由于顺风因素所致，虚流量较大。综合各类原因与因素可以确定该站的浮标系数是0.86。
　　河东水文站经10年的资料累积，以求得了相关浮标系数，经实验结果的分析说明其浮标系数的确定是合理的。
　　2 浮标流量系数确定的几点建议
　　首先，浮标测流要选择河段顺直的、各个断面的形状与面积相差比较小的河段，并最大可能将长度控制得短些。
　　其次，浮标浮出水面的体积应该尽量减少，使风动压力对其的影响减少，同时浮标的浸水部分不能过深，以确保其测量的结果尽可能符合水面的流速。
　　最后，观测时的风向应精确到10度，风速计安装在所测流河段位置的低洼地附近，以提升其所具有的代表性。
　　3 结语
　　每个水文站由于其河流的特性不同，而采用测流的方法也不相同，如使用ADCP测试方法、缆道测流船测方法等，无论采用的方法类型是什么，都应在洪水灾害发生之前充分做好准备工作，对水文资料进行长期积累，建立健全水文档案管理机制，保证各类测验设备的齐备、完好，熟练掌握各类测验的方法，随时能够完成在各种条件下的水文数据测验工作，真正的起到参谋与辅助的作用，为保护国家财产与人们生命财产安全提供有效、可靠的依据。
　　参考文献
　　[1] 孙健,郭海华.浮标测流系数确定方法的探讨[J].吉林水利,2011,(10).
　　[2] 牛亚芬,石月,石宝成.断面漂浮物水面浮标系统试验分析[J].黑龙江水利科技,2009,37(1).
　　作者简介：时钧（1982-），男，汉族，吉林白山人，吉林省水文水资源局白山分局助理工程师，研究方向：水文；范玉梅（1983-），女，汉族，吉林白山人，吉林省水文水资源局白山分局助理工程师，研究方向：水文。