比降—面积法测定规范.pdf

中华人民共和国水利 电力部部标准 比降一面积法测流规范 sd 1 7 4 - 8 5 s d 1 7 4 - 8 5 56 5 编制说明 比降一面积法，以往只有在水文测站的高洪水位时期流速仪法和水面浮标法测流遇有 困难的特殊情况下，才用来推算流量，确定高水部分的水位流量关系曲线，没有作为一种 测流方法 ，正式列人规范 1 9 8 1 年水利电力部水文局指定湖南省水文总站牵头， 黄委水文局、辽宁、 河南、 吉林、 青海、 宁夏、内蒙古、 山西、陕西等水文总站参加协作， 对比降一面积法测流进行研究。几 年来，各协作单位对本法的适用范围、河段选择、观测和测量要求、流量计算公式和有关 参数的确定、糙率分析、精度指标等问题，做了大量的试验分析工作，共提出1 0 5个河段 的分析成果，先后于 1 9 8 1 年武汉 “ 水文测验国际标准研习班”期间和 1 9 8 2年3月下旬郑 州专题协作会上，进行了交流讨论。从大量的分析成果说明，本法测流具有一定精度，不 少的站已达到水面浮标法测流整编定线的要求。 本法的特点是:经济、简便、安全、迅速，能测到瞬时流量。它不但是当流速仪法和 水面浮标法测流遇有困难时一种不可缺少的测流措施，对于常年需要进行流量测验的一般 河道站。通过试验分析，在规定的要求下，本法也可与流速仪法和水面浮标法相互间插使 用;在流速仪法适当校测的前提下，还可作为测站经常性的测流方法。为适应水文工作的 发展， 现规定本法列为测站测流方法里的一种， 并制定 比降一面积法测流规范( 以下简 称 “ 规范” ) 。 本 “ 规范”是在部水文局领导下，经过上述各协作单位共同努力完成的。1 9 8 3 年 5 月 由湖南省水文总站拟订了本 “ 规范”编写提纲 ( 征求意见稿) ， 发送至各协作单位征求了意 见。在此基础上，1 9 8 4年编写了本 “ 规范， ( 讨论稿) ，于同年 1 2 月中旬在长沙召开了讨论 会。 1 9 8 5 年 3 月根据长沙会议所提意见， 进行了第二次修改， 发送各协作单位征求意见。 并 由湖南省水文总站到部水文局进行工作汇报后。 再次进行了修改1 9 8 5 年 7 月中旬在辽宁 大连由部水文局召开规范审查会，进行审议修改.最后送部审定颁发 我国幅员辽阔， 各地河流特性有较大的差异. 此次分析所涉及的河流类型还不很全面. 许多认识和经验还不够成熟，有些问题有待于在今后实际工作中继续分析研究，使规范逐 步改进、补充、完善起来。 本 “ 规范”编写主要执笔人:王达权。 56 67 卜文 卷川 文 测 验 目 次 编制说明 ” ” “ 第一章总则 二 第二章河段选择和糙率要求 第三章断面布设和测量 第 四章水位观测设备 的设置 和测量 第五章流量计算方法 附录 1 各项因素的单位和有效数字一览表 附录.比降一面积法测流流量计算表 附录 皿糙率 分析方法 5 6 5 5 6 7 5 6 8 5 6 9 5 7 0 5 7 1 5 7 5 5 7 5 57 6 s d 1 7 4 - 8 55 67 第一章总则 第 1 . 0 . 1 条比降一面积法测流，是根据测验河段实测的水位、断面等资料，用水力 学公式计算河段瞬时流量的方法。 它属于流速一面积法的范畴。 可以在一定条件下使用， 特 别是在使用流速仪法和水面浮标法遇有困难时。更是一种有效的方法。为明确对本法的技 术要求，特制定本 “ 规范” 。 第 1 . 0 . 2 条用比降一面积法测流的站，要求河段基本顺直，糙率有较好的规律 第 1 . 0 . 3条适用范围 一、 当流速仪法或水面浮标法测流确有困难的情况下 ( 包括河床经常冲淤变化较大， 但 能设法取得高洪水位断面面积资料， 满足推流精度要求的站) ， 本法可用干抢测高洪水位的 流量。所指困难情况明确如下: 1 . 流速仪和 水面浮 标测流设施发生了 故障， 不能继续使用 2 .水面漂浮物太多，无法采用流速仪法或水面浮标法施测。 3 . 水位涨落非常急剧，流速仪法或水面浮标法无法测到、 测好高水位流量过程的转折 点。或水位变化太快，引起过水面积、流量变化太大.不能保证测得流量的精度。 二、流量间测的站，在间测期间，可用本法测量超出间测允许水位变幅以外的洪水 流量 本法作以上一、 二款使用者， 其精度要求， 以能满足本站当年流量定线整编为原则， 具 体要求，由省 ( 自治区、直辖市)或流域领导机关确定。 三、 在河床、 岸壁比较稳定， 水位流量关系为单一线或单纯受洪水涨落影响成绳套线， 常年需要进行流量测验的站，若经过 5 年以上 ( 包括近年) ，且有 3 0 次以上各种洪水特性 的资料分析证明.其精度能满足下述规定的要求 .则本法可在以下方面中应用。 1 .用本法计算的流量点据. 与用各相应年份流速仪法和水面浮标法测得的流量所确定 的水位流量关系线比较，无明显的系统偏离.并且大、中河流有 7 5 0 a 以上的点据偏离曲线 的值， 在中、 高水位级o不超过士1 0 %， 在低水位级不超过士1 2 %; 小河站有7 5 %以 上的 点据偏离曲线的值，在中、高水位级不超过士1 2 %，在低水位级不超过士1 5 %，则本法可 与流速仪法相互间插使用。 2 .用本法计算的流量点据. 与用各相应年份流速仪法测得的流量所确定的水位流量关 系线比较， 无明显的系统偏离， 并且大、 中河流有 7 5 %以上的点据偏离曲线的值， 在中、 高 水位级不超过士5 肠， 在低水位级不超过士8 %; 小河站有7 5 %以上的点据偏离曲线的值. 在 中、 高水位级不超过士b o n 。 在低水位级不超过士1 2 %， 则本法可作为测站一种经常性的测 流方法。 全年中， 流速仪法只在允许使用本法测流水位变幅的上、 中、 下部位， 各校测 2 - o高、中、低水位级划分。按历年水位变幅的平均值衡量，以历年平均最低水位起算， 水位变幅在 2 5 %以下为低水位;2 5 % -7 5 %为中水位，7 5 %以上为高水位。 5 68夕 卜文 卷. lc 大 演 9 验 3 次.并作为水位流量关系定线的骨干点。 以上 1 , 2两项，原则上用于中、高水位级。 第 1 . 0 . 4条比降一面积法测流， 作第 1 . 0 . 3 条第三款中 1 , 2两项的目的使用时. 必 须经过省 ( 自治区、直辖市)或流域领导机关批准 第二章河段选择和糙率要求 第一节河段选择 第 2 . 1 . 1 条用本法测流的河段，要求基本顺直、断面稳定、近岸边水流通畅，无明 显的回流区和阻水建筑物。 第 2 . 1 . 2 条河段内.断面形状沿程变化不大.无卡口、急滩、较大的深潭 ( 特别是 断面上) ，水面线不宜有明显的转折点。 第 2 . 1 . 3 条河槽内无较高而且密集的水生植物，岸坡无影响水流畅通的成片树林和 季节性的高秆作物 第 2 . 1 . 4 条比降上、下断面，应避开邻近河段的急弯和支流来水干扰.以及河洲分 流所引起断面上出现流向分汉或斜流等现象。 第二节糙率要求 第 2 . 2 . 1 条用本法测流的测站 .要求河段糙率有较好的规律，能满足流量计算的精 度要求，针对其不同使用目的作如下规定: 一、 本法用于与流速仪法相互间插和作经常性的测流方法 ( 流速仪法校测) ， 糙率必须 根据本站 5 年 ( 包括丰水年)资料分析。要求各年分析的点子与多年综合确定的水位糙率 关系线比较，无明显的系统偏离现象。大、中河流， 有 7 5 %以上的点据偏离曲线值，在中、 高水位级不超过士5 %， 在低水不超过士1 0 %; 小河站. 有7 5 %以上的点据偏离曲线值. 在 中、高水位级不超过士8 %，在低水不超过士1 2 %。特殊洪水后，如断面形态和尺寸、河床 岸壁组成、上下邻近河段内的地形、地物有较大的变化时，应分析检查糙率有无明显系统 性的偏离，如有。则应重新率定糙率曲线，推流验证应用 二、本法用于流量间测允许水位变幅外抢测洪水流量时，原则上应根据本站 3 -5 年 ( 包括丰水年) 资料分析糙率曲线查用。 当间测水位变幅以外的高水位级无实测资料分析的 糙率线段，可根据间测水位变幅内实测资料分析的糙率线。结合岸壁组成和河段其他特性 延伸糙率线查用 三、本法用于流速仪法和水面浮标法测流有困难时，原则上应根据本站实测资料分析 糙率曲线查用。如较高水位以上，无实测资料分析的糙率曲线，可结合岸壁组成、植物生 长情况、下游控制以及河段其他特性等，进行分析延伸糙率线查用。但线段延伸幅度较大 时 ( 延长2 0 %以上) ，糙率选用，必须报省 ( 自治区、直辖市)或流域领导机关审查。 第 2 . 2 . 2条糙率分析方法详见附录 m。 sd1 7 4 -8 55 69 第三章断 面 布 设 和 测 量 第一节断面布设 第 3 . 1 . 1 条比降一面积法测流的河段，应布设比降上、中、下三个断面。中断面位 于上下断面的正中间。基本断面、流速仪测流断面，尽可能与比降中断面重合。断面形状 沿程变化不明显，面积沿程递增或递减变化基本均匀时，也可只设比降上、下断面，基本 断面和测流断面。由比降上 ( 下)断面兼。断面线应垂直流向，偏角不超过 1 0 0 0 第3 . 1 . 2条断面标志的设立，按 水文测验试行规范执行。 第二节比降上、下断面间距 第3 . 2 . 1 条比降上、下断面间距可按下式计算 1 _1 4 0 x ;士 1 0 0 m j 工 2x ( 3 . 2 . 1 ) 式中i , 一比降上、下断面间距 ( k m) ; a z河段长 l k m的落差 ( m m) ; 刃 一一比降水位观测的误差 ( m m) ， 中、 高水位有防浪静水设备时可按 2 s m m计; n ，水准测量 l k m线路上的偶然误差 ( m m) ，一般按 l o mm计; x，一 水面比降观测的允许误差 ( %) ，采用 1 0( %) 。 第 3 . 2 . 2 条比降上、 下断面间距， 也可根据河段水面比降的大小， 查表3 . 2 . 2 求得。 表 3 . 2 . 2不 同 水 面 比 降 所 燕 比 降 上 、 下 断 面 间 距 对 照 裘 第三节断面测t 第 3 . 3 . 1 条比降断面测量.应严格按 水文测验试行规范大断面测量要求进行 第 3 . 3 . 2 条断面测量次数视河槽稳定 ( 所谓稳定指各年实测的水位面积关系与多年 平均线比较不超过13 %)与否而定。 一、对于稳定河槽，每年汛前、汛后各测量一次;发生特殊洪水后，应立即测量.如 断面面积有明显变化，流量计算应启用新测量成果。 二、 对于每次较大洪水都有冲淤变化的河槽， 则每次较大洪水过后都应测量大断面。 如 河岸坡稳定，仅中、低水位以下滩、槽易受冲淤，也可在较大洪水后.只测量这些部位的 断面。启用新断面与否，由分析确定。 三、对于每次洪水过程中，断面冲淤变化较大的河槽.当流速仪法和水面浮标法测流 有困难，用本法抢测高水位的流量时， 应事先估计， 尽可能在中、 高水位级增加断面测量， 以利高水位计算流量时对断面面积的分析和修正。 57 0 水 文 卷水 文 测 验 第四章水位观测设备的设置和测量 第一节水位 观测 设备 第 4 . 1 . 1 条已经确定用比降一面积法测流的站.比降上、中、下断面，除应按规定 设立水尺外，有条件时.尽可能装置 自 记水位计 第4 . 1 . 2 条比降上、中、下断面自记仪器 ( 或仅两个断面测流的上、下两部仪器) ， 应经常检查，发现问题立即检修，尽量做到三部仪器时间同步。 第4 . 1 . 3条水尺尽可能安装防浪静水装置，采用型式可根据实际情况，由各省 ( 自 治区、直辖市)或流域领导机关确定。 第二节校核水准点的设立和测t 第4 . 2 . 1 条比降 l 、下断面间距较长时。上、中、下三个断面，尽可能分别设立校 核水准点，埋设要求，按 水文测验试行规范执行。高程用水文三等水准测定 第4 . 2 . 2 条如设立有两个以l校核水准点， 则各校核水准点， 应进行连测和平差， 尽 可能消除由于各校核水准点间水准引测误差 而产生河段 落差 的系统误 差。 第三节水尺位置选择 、设立 、测t 第 4 . 3 . 1 条设立水尺处和邻近岸边，不应有突出的地形、地物、回流、死水。 第 4 . 3 . 2 条各组水尺( 自记井) ， 应尽可能设在各自的断面线上。如有特殊原因. 不能 设在断面线上 则由此产生比降上、 下断面间落差的误差， 不能大于同级水位落差的士i y . 第 4 . 3 . 3 条各组水尺应埋设牢固，不易受岸坡崩塌沉陷等影响。 第 4 . 3 . 4条对拟确定用比降一面积法测流的河段，应在比降上、中、下断面两岸设 立 水尺 ，同步观测 1 -2次较大洪水过程 ，分析两 岸各级水位 的一致性 。 一、如各断面两岸水位无明显的系统差，则以后可只在一岸设立水尺观测水位 二、如两岸水位虽有系统差.但有较好的关系，则以后也只在一岸设立水尺观测水位， 通过相关关系求得两岸平均水位应用。 三、如两岸水位关系散乱.相关线精度不能满足流量计算的要求，则两岸应长期设立 水尺.推求断面平均水位应用。但其中有某一级水位，两岸无明显系统差，或有较好的关 系，则这一级水位，可只在一岸设立水尺 第4 . 3 . 5条若河段 ( 包括比降 l 、 下断面邻近河段) 顺直。 两岸边无突出的地形、 地 物，水流畅通，由一岸观测的水位.根据多年实测资料分析验证.糙率规律较好，计算的 流量精度已达到本站采用本法测流使用目的规定的精度 ( 即满足了第 1 . 0 . 3条中的不同使 用目的) 。则不需经过两岸设立水尺比测，只在一岸设立水尺观测水位应用。 第 4 . 3 . 6条漫滩较宽的河流，在能设法提供观测工作条件的前提下 ( 如漫滩水不太 深以及采用其他措施) ，应尽可能在主槽与滩地交界处设立水尺，与岸边水尺同步观测 1 - - s d1 7 4 - 8 5 571 2次洪水过程。 进行分析， 来决定是否需要长期这样观测下去. 以及断面水位计算、 糙率分 析以及流量计算方法等问题。 第 4 . 3 . 7 条水尺零点高程， 要做到校测及时， 确保所采用的零点高程准确。 零点高程除 每年讯前、 讯后必须校测一次外， 一般较大洪水后， 对洪水涉及范围内的各支水尺， 应校测一 次。水尺零点高程采用 水文测验试行规范 的水尺零点高程测量要求进行 ， 取至小数三位 。 第四节水 位观 测要 求 第4 . 4 . 1 条用比降面积法测流时。各断面的水位，原则上必须做到同时观测，但 日内水位变化很缓慢时，也可由一人按上 一 下一上 ( 或下一上一下)的次序。往返观测水 位.取其首末两次的平均值记作与中间观测同一时分的水位。 第 4 . 4 . 2 条水尺读数，一般应读至 2 mm、当波浪较大时，可读至 5 m m或 l c m 第 4 . 4 . 3 条如水尺经防浪静水后，水面仍有浪起浪伏时.则水尺读数应取连续三个 起伏的六个读数的平均值。如水位涨落非常急剧，无明显的起落波动周期，则抓紧在水面 上涌稍缓趋平的瞬间，测记一个读数即可。 第4 . 4 . 4 条 水位的 小数位数，与水尺 读数要求一致。 第 4 . 4 . 5 条各断面的自记水位计安装后。 除应按规定进行比测外。 在洪水过程中， 特 别是水位涨落急剧时，必须增加校核水尺的水位观测次数，发现 自 记与校核水位相差较大 时，应对两者作具体分析。如属自记水位的问题.则应订正。也应考虑校核水尺读数的可 靠性，尤其有浪时。应特别注意换纸时校核水位观测误差带来水位的系统差。 第五节自记水位计换纸和摘录要 求 第4 . 5 . 1 条自记水位计换纸，应选在水位变化平缓时，如 8 时水位变化较快。则应 提前或推后换纸 第4 . 5 . 2条各断面如不能做到同时换纸时，也可先后相距若干分钟分别进行，但各 断面必须观测各换纸时分的水尺水位，准确地确定自记纸上的换纸时分和水位 第4 . 5 . 3条尽可能使各断面自记仪器运行时分一致，如有时差，当日内水位变化缓 慢，不影响水位摘录所需精度.时差在l 0 min以内可不订正，如影响摘录所需精度.则必 须订正。具体以满足比降精度要求为原则 第 4 . 5 . 4条自记水位视需要可摘记到 2 -5 mm, 第五章流 量 计 算 方 法 第一节一般规定 第 5 . 1 . 1 条水文测站采用比降一面积法测流时，应根据河段实际出现的水流运动状 况，采用恒定非均匀流或非恒定流公式来计算流量 第 5 . 1 . 2 条峰顶和水流平稳期，用恒定非均匀流公式计算流量;洪水的涨水和落水 5 72夕 卜大 望 7 卜文 测 验 过程， 用非恒定流公式计算流量。 但在非恒定流中。 如加速比降凡 。 占水面比降的百分比值 ( 指绝对值，下同)很小时，也可不计加速比降。具体取舍规定于下: 一、水位流量关系为单一线的站，不计s . 二、受涨落率影响水位流量关系成绳套线的站， 在一次洪水过程中， s 占相应时分水 面比降百分比的最大值，不超过5 %, s 可忽略不计。 三、受涨落率影响水位流量关系成绳套线的站，在水位涨率最大值附近或洪水过程中 其他部位， 有较多的s 占相应时分水面比降的百分比值， s/ s 5 %，且若舍去s 不计， 将影响水位流量关系线的精度时， 则不能忽略s , 为考虑相邻时段水位流量关系曲线的衔 接和连续性。 在凡/ s 5 %的相邻时段内，凡凡/ s 1 %者，均应考虑又 来计算流量，只 到凡 丫s k文 卷a , 文 测 验 s =0 ，只考虑中下河段扩散损失， q 可按式 ( 5 . 3 . 2 ) k ( s一 s ,) 计算流量 。 ( 5 . 3 . 2 ) 1 一 a k 2g 1, ( _ 1a , 一 a =,钊 众 一 la , 第 5 . 3 . 3 条顺直河段，当中断面过水面积大于上、下断面时，出现上到中断面河段 扩散， 中到下断面河段收缩。 如中下收缩段水流边界不产生回流， 不计收缩影响， 取 c = 。 ，只考虑上中河段扩散损失，可用式 ( 5 . 3 . 3 )计算流量。 r_一 一 k ( s - s 止- 一 -( 5 . 3 . 3 ) 1 一a k 一 土 _土 i _; 1 _ 1 i 1 2 g l l 1 a 0, an 一 a , a;) j 第 5 . 3 . 4 条加速比降 s ,“的计算方法 比降面积法测流的流量计算时。 因流量事先无法知道， 故s 只能近似求得。 如要计 算 r 时分流量， 需求t 时分的凡 时。 可根据实测水位过程等资料， 先用公式 ( 5 . 3 - 1 )或式 ( 5 - 3 . 2 ) 或 式 ( 5 . 3 . 3 ) 略 去 s 项 ， 近 似 求 得 ， + 合 、 及 ， 一 合 。 前 、 后 两 个 时 分 的 流 量 然 后 根 据 中 断 面 水 位 、 面 积 等 求 得 ， + 合 、 及 ， 一 合 ， 的 流 速 及 a ， 时 段 内 流 速 差 二 ， 即 可 根据s “ .- 或式 ( 5 - 3 化为原则。 4v 近似求得t 时分所对应的加速比降公 ， 再代人公式 ( 5 . 3 . 1 ) 或式 ( 5 . 3 . 2 ) 一心 3 )中计算 t 时分的流量.所取 t 的时段长度，以i t 时段内流速基本成直线变 第四节流t计算的其他要求 第5 . 4 . 1 条漫滩河段.应划分主槽、滩地。分别分析糙率和计算流量 第 5 . 4 . 2 条河段两岸水位不一致， 需取两岸平均水位作为断面水位， 才能满足分析糙 率和流量计算的精度要求时， 则应取断面两岸水位的平均值， 计算水面比降、 过水面积、 水力 半径等来分析糙率和计算流量。 如漫滩河段主槽与滩地交界处设有水尺， 则主槽取主槽一岸 水位与滩槽交界处水位的平均值 计算水面比降、 过水面积、 水力半径等来分析糙率和计算 流量。 滩地取滩地岸边水位与滩槽交界处水位的平均值， 计算水面比降、 过水面积、 水力半径 等来分析糙率和计算流量。如滩槽交界处未设立水尺， 那么可能有两种计算方法: 一是取断 面两岸水位的平均值， 来计算水面比降、 主槽及滩地过水面积、 水力半径等分析糙率和计算 流量; 二是主槽取主槽一岸水位， 滩地取滩地岸边水位 来计算水面比降、 过水面积、 水力半 径等分析糙率、 计算流量 二者之选择， 要视河段两岸地形、 水流情况， 由各地根据情况确定。 第 5 . 4 . 3 条如经分析，由于河段以及水流的特性，上述流量计算公式或公式中参数 不适用.需要经过改进，才能满足流量精度要求。那么，各省 ( 自治区、直辖市)或流域 领导机关，可根据情况作出补充规定，解决这种个别特殊问题。 第5 . 4 . 4 条各具体河段， 不论采用哪一种公式分析糙率和计算流量， 所考虑的因素、 采用 的方法 ，应严格做 到往返一致 。 第5 . 4 . 5条分析糙率和计算流量时，对水位、断面、流量等一些基本数据，包括断 面选择等 等，均应认真 审杳。对那此 人为产生的错误 数据，必须剔 除 s d1 7 4 - 8 557 5 附录 i各项因素的单位和有效数字一览表 项目单位取用位数 水位 水尺读 数读 至 2 mm或 s m m 时 记 下 0 . 0 0 1 m。水尺 读教读 至 i m 时记 至 0。 m 水力半 径或 断面平均 水深记至 0 . o l m 断面面积取三位 有效数 字、小数 不过 二位 水面比降万分率 取二位 有效数 字 糙率取至 0 . 0 0 0 1 流童 m 甲 取 三 位 有效数 字 水面宽 取三位 有效数 字. 大 于或 等于 s m时 .小数不过 一 位 、 小 于 s m 时小 数 不过_ 位 断面平 均流速m 了 5 大 于或等 于 1 m/ 、 时 ， 取三 位有效 数字 ， 小 于 i m/ 、 时 。 取 二位有效 数 字 。 小 数不过 三位 说明 计 算过程 中的各项 数据 . 很据 汁算工具 及表 格形式 ， 以 满足分 析糙 书和计算 流(u 的精 度要求 为原则 。各单位 可 自行确定 附录 亚比降一面积法测流流量计算表 河 名站 名 施 i8 时间 :i ，年月日时分施 测号数比叫 阵 上 ， 厂 断面间 距 l _ . 断面 糙 率 封 河 段平均 输水 率 k 水面 比 降 s ( 1 0 - ) 加速 比降 s ( 1 0 - ) ks = 或 k( 5 - s ,力 二 k 流 星 ( 1 0 ) / ( 1 3 ) (m/0 名 称 k fly .(m ) 面 积 : 1 ( m ) 1 a ( 1 0 )沈 夕 。 几左z 丫 ) 一 ( i i ) y ( 1 2 ) 夕 . . 1 几 z 厂 ( u( 2 )(3( 4)( 5 )(g)( 7 )l s j( 9 )( 1 0 )(i1 )( 12)(1 3)( 74) 国 序 f 断面流 量ml 厂 5断面平 均水深 水 位 记 录 水 尺名不 东编 号 水尺 读数( m )零 点高 怪( m) 水 位( m) 比 上往 :返 :平均基本 中) 断面 面积 m之 最 大水深 比中( 基 本)往返 :平均 : 断面平 均流速 m / ， 比 下往 :返 : 平均 水面宽 r n厂 5 7 6 水 文 卷川 吃 文 测 验 续 表 水 位 观 测 月 流 量 计 算 月 校 核 月 复 审甫查 日日月1 1) l 1 附录1糙 率 分 析 方 法 本 “ 规范”规定 ，用 比降一面积法测流的站 ，要求有根据本站实测资料分析的糙率。现 对糙率分析工作中有关问题规定于下。 一、糙率的涵义及采取分析的途径 ( 一) 糙率就其原意来说， 它是反映河床、岸壁形状的不规则性和表面粗糙程度的一个 系数，在水流运动过程中，它直接影响沿程能量损失的大小。因此从实测资料中来分析糙 率，也应采用沿程损失反求的途径。即在恒定非均匀流条件下，要扣除局部水头损失;在 非恒定流中，还应考虑加速比降的影响。此外对于河段为复式断面 ( 只考虑中、高水位 上) ，应划分主槽、滩地，分别分析糙率。 ( 二)本糙率分析方法，主要考虑用于较稳定的河槽中比降一面积法测流的流量计算 对于河槽不稳定的河流。 河流阻力常受水流与河槽交互作用的影响， 能否求得近似成果， 用 于特殊情况下比降一面积法测流的流量计算，由各省 ( 自治区、直辖市)或流域领导机关 根据情况确定。 二、基本情况和资料的收集、选用、检查 ( 一)基本情况的收集 分析工作之前，应深人测验河段，进行查勘和测量。收集和测量河段地形图，包括邻 近河段河流形势、纵断面等。现场调查河床、岸壁组成及植被生长情况.并尽可能拍摄照 片，了解历年断面迁移情况。收集分析糙率所需的历年 ( 包括近年试验)水位、面积、流 量等资料，全面了解测站特性 ( 河床、岸壁组成分类见附表 3 . 1 0 ) ( 二)资料的选用 1 .原则上历年中凡有比降观测的资料， 除预留一部分作验证流量外， 其余都应参加糙 率计算。 但如历年资料太多，也可结合断面冲淤变化情况，每隔 1 -2 年来选用. 或在各年 中选用一些具有各种洪水特性的洪水过程资料进行分析.一律采用瞬时观测值。分析糙率 sd 1 7 4 - 8 5 57 7 的点据，至少不少于 3 0次，且在所分析的糙率曲线上、中、下部位，分布基本均匀。 2 . 必须坚持随机取样的原则，防止人为主观性的影响.但对一此人为 ( 包括仪器)的 观测、测量错误的点据。通过分析甄别，可以剔除 3 . 河段形态或床、壁组成，历年中有明显变化 ( 突变)的站，应按突变前、后的不同 时期划分时段，分别分析糙率。 4 . 流量一律查用各年整编确定的2 q线. 对于受涨落率影响， z -( ,2 成绳套线， 而整编定 线时， 将涨落支线合并定为单一线者， 分析糙率时， 应根据实测流量点据， 改定为绳套线查用。 5 . 断面面积，对稳定河槽 ( 各年实测的水位面积关系线与历年平均线比较不超过 士3 %， 视为稳定) 。 可分别选用各年汛前、 汛后实测的大断面资料。如有的年份， 有比降水 位观测资料。但未进行比降上、下大断面测量，如为满足定线需要，又必须选点参加糙率 分析。 则必须了解比降断面的冲淤变化是否与基本断面的冲淤变化一致， 如属基本一致. 则 可按前、 后有实测比降断面年份的资料. 及基本断面冲淤变化的资料， 按比例内插应用， 否 则不能选用。 6 .如果历年中比降观测资料不够，可集中力量，观测几次较大洪水过程补充 ( 三)资料检查 i 检查各组水尺设立的位置是否恰当.附近有无突出的地形、地物、回流、 死水，观 测的水位能否代表断面的水位。 2 .检查水尺零点高程测量情况.校测是否及时。高程是否可靠 3 .了解各组水尺观测是否做到真正同时，如只有一人观测，又非往返进行观测， 应分 析考查观测各组水尺整个时距内，水位变化对所观测水位的影响程度。 4 . 应了解高洪水位有风浪时，对水位观测精度的影响程度 5 . 检查断面测量是否符合规范要求. 并点绘各断面 z -a曲线。分析历年冲淤变化情 况。必要时点绘 各年大断面 图比较 。 6 . 点绘各年各次洪水过程中，基本水位与比上到基本 ( 比中)落差;基本水位与基本 ( 比中) 到比下落差; 基本水位与比上到比下落差三根关系线， 相互对照检查其间的规律性。 对于水位流量关系成绳套线时.并应检查基本水位与水面比降关系相对应的情况 7 .了解所采用的水面浮标系数及流速仪水面一点法水面系数历年是否一致， 选用是否 得当。水位流量关系延长是否合理 三、糙率分析的计算公式 ( 一)本糙率分析所用公式，原则上只适用于水位流量关系为单一线，或单纯受涨落率 影响的站。峰顶和水流平稳期，用恒定非均匀流公式;洪水的涨水和落水过程。用非恒定 流公式。 但在非恒定流中.如加速比降s , 占水面比降s的百分比值 ( 指绝对值，下同)很 小时.也可不计加速比降，具体取舍规定于下: 1 水位流量关系为单一线。不计 s .,. , 2 .水位流量关系受涨落率影响成绳套线。其洪水过程中s 占相应时分水面比降的百 分比最大值不超过5 %时， s 可忽略不计。 3 当水位流量关系受涨落率影响成绳套线时，如涨水拐点附近前、 后有一段时距，或 洪水过程中其他部位有较多的凡 占相应时分水面比降的百分比值欲r/ s 5 %时， 且若舍去 5 78 i, 文 卷刁 文 测 验 s , 不计，将会影响分析的糙率，达不到规定的精度要求。或糙率曲线线型明显改变时，则 不能忽略 s。 为考虑一个河段糙率线型各级水位衔接， 精度一致， 在此情况下， s “ / s 5 的相邻线段 ( 或洪水过程相邻时段) 。 凡s , / s 1 %者， 均应考虑s 来计算糙率，只到s,/ s 镇1 %时，才可忽略凡 不计。各分析河段。可从历年中选择1 -2 次涨落率大的，又有比 降观测的洪水过程资料，进行凡 的分析统计，以供分析糙率参考。 ( 二)恒定非均匀流糙率计算公式 1 当河段基本顺直，仅断面沿程收缩或者是扩散引起的恒定非均匀流时， 可用下式来 计算糙率 。 ar“ n 一一 q 厂 a z+ ( 1 一# ) a ( v“一v20/2g i . ( 1) 式中q一恒定流流量 ( 分析糙率时查整编定线的水位流量关系线)( m丫 、 ) ; 。 一动能 校正 系 数 ( 取 值 详 见 本， 规 范 ” 第5 . 2 . 1 条 中 说 明) ; vi , v卜一 一 分别为比降上、下断面的平均流速 ( m/ s ) , ( v一 q/ 月卜 ，v卜 =q / a卜 ) ; a, , a r - 一一 分别为比降上、下断面面积 ( m 2 ) ; 1 lz一 比降上、下断面水位差 ( m) ; 大一 比降上、下断面间距 ( m ) ; h 一一重力加速度， g =9 . 8 1 ( m / s 2 ) ; 右 断面沿程收缩或扩散水头损失系数 ( 取值详见本“ 规范” 第5 . 2 . 1条中说明) 。 a r 2 1 1 的计算:当分析河段具有上、中、下三个断面时， 过水面积沿程收缩或扩散变化 不均匀( 包括分析河段上至中断面 河段收 缩或扩 散; 而中至下断面 河段扩散或收 缩) 。 a l t , 可用下式来计算: a r 2 ;. = ( a 1, r j + 2 a, r 2 , +af r if ) / 4 ( 2 ) 式中a , 比降中断面面积 ( m i ) ; r, , r , rf 比降上、中、下断面的水力半径 ( m)( 当宽深比b / h 1 0 。 时， 也可用 断面平均水深万代替水力半径，但一个河段内，各断面各级水位应一 致 ) 当分析河段没有比降中断面， 或河段内过水面积沿程递增或递减。 其变化是均匀的， 包 括中断面的凡 , r 介 尸 比比 降上、 下断面 平均值 ( a , 川几 + a卜 r 钊) / 2 相 差不超过士 5 % 时， a r 2 “ 可按下式来计算。即: 7 ( -r -=( a . r ,“+a 卜 r =f ) / 2 ( 3 ) 2 . 顺直河段.当比降中断面面积较上、下断面均小时，出现上到中断面河段收缩，中 到下断面河段扩散， 如不计收缩影响 ( 取泞 =。 ) ， 只考虑中一下断面河段扩散损失，则用下 式来分析糙率 . ar/, 1 a z+- ( v r -1 一 f ) 兰 ( v i - v 0 1 1 2 g q. v l ( 4) 3 . 顺直河段. 当比降中断面面积。 较上、 下断面均大时， 出现上到中断面河段扩散， 而 中到下断面河段收缩， 如不计收缩影响 ( 取 f =o ) ， 只考虑上中断面河段扩散损失，则用 下式来分析糙率 。 s d 1 7 刁 一 8 55 79 arz 门 刀=- 顽 2+a 仁 ( v 汽 一v 牛 ) 一宁 ( v 悦一v 汽 . ) / 2 9 i ( 5 ) ( 三 )非但定流糙率计算公式 顺直河段，仅是断面沿程扩散或者是收缩时，可按下式来计算糙率 二到兰 q封 +( 一 ， 。 ( v 汽 _ 一v 币) 2 g 一 凡( 6 ) 式 中q为非恒定流态下.任一瞬时的流量 ( 分析糙率时，查读整编所定的水位流量 关系 线)( m 丫 ， ) ; a 、泞 取值同 ( 二)中的规定; 凡加速比降 ( 涨水取正号、退水取负号代人公式中) 2 . 顺直河段。 当比降中断面面积较比降上、 下断面均小时， 出现上到中断面河段收缩， 而中到下断面河段扩散，如不计收缩影响 取右 。0)，只考虑中下断面河段的扩散损失。 则用下式来计算糙率。 两灭2 州/ 1 _a(v汽一 v毛) = 一 万 二一对了 。 乙+ . 记州v jl 月 勃( v 毒一v 未 ) 2 g 一 凡( 7 ) 3 .顺直河段， 当比降中断面面积较比降上、 下断面均大时. 出现上到中断面河段扩散， 中到下断面河段收缩， 如不计收缩影响 ( 取 泞 =0 ) ， 只考虑上中断面河段扩散损失， 则用 下式来计算糙率 叼 磷 兰 q气“+ a ( v 六一v命 ) 2 g 右 a ( v 亏一v 汽 . ) 2 g 一 凡( 8 ) 4 加速比降凡 的计算 在实际工作中， 加速比降近似采用5=粤 笔来 计 算 。 女 。 利 用 洪 水 涨 、 落 过 程 中 任 一 瞬 片从 时t 时分的实测资料来分析糙率， 1 时分断面平均流速之差。 即么 v 段内，流速基本成直线变化。 四、糙率关系曲线的确定 式 中 v 为 中 断 面 ，+ 合 “ 时 分 的 断 面 平 均 流 速 与 ， 一 告 一 认 ， 知一 认 卜 告 二 。 所 取 时 段 t 的 长 度。 要 能 使 在 此 时 根据摘录并经甄别的基础资料计算糙率后，即可建立基本水位 ( 或断面平均水深)与 糙率的关系线。正峰顶点子用 “ 闰”符号、涨水面点子用 “ ” 、落水面点子用 “ x” 、低 水位水流平稳期的点子用 “ 口” 。各年各次洪水最好编号， 以便了解各年各次洪水点子有无 系统变化情况。为便于分析和较合理的确定糙率曲线，应将影响糙率大小和糙率曲线线型 变化的主要因素和原因。如河床、岸壁的组成，构成床、壁表面粗糙程度，整个床、壁坡 面平整凸凹情况，以及植被的有无和种类，生长稀密、高度、季节和年际变化等，用简要 的文字和数字指标，综合标注在糙率线两边相应高程部位必须指出，上述影响因素。在 天然河流中. 不仅在一个河段上各处不一， 就是在同一断面各级水位下。 往往也不一样， 常 形成各级水位下一种综合影响结果。此外天然河流糙率，还要受到河段以外的邻近上、下 游河段地形特征的影响。如分析河段在上、 下弯曲河段中间. 或下游有急弯、河洲等情况 58 0 刁 文 卷夕 卜文 测 验 也都会影响分析河段各级水位糙率的量级大小和线型变化。因此，确定糙率曲线时，应综 合各方面原因，认真分析考虑。 五、误差统计和推流验证 ( 一)糙率曲线确定后，应统计定线的系统误差，点据偏离曲线累积频率 7 5 写和 9 5 写 的相对偏差。 ( 二) 选择 1 -2 年或 2 -3次较大洪水完整的实测资料 ( 不少于3 0 个点子) ， 进行推流 验证，统计比降一面积法计算的流量与整编定线流量的误差 ( 系统误差和累积频率 7 5 %, 9 5 %的相对误差 ) 六 、总结 糙率分析后应进行总结和精度评价，分析成果图表内容如下: ( 一)河段糙率分析情况说明表附表 3 . 1 、附表3 . 2 ; ( 二)糙率分析基本资料摘录表附表 3 . 3 ; ( 三)糙率计算表附表 3 . 4 ,附表3 . 5 ; ( 四)糙率成果表附表 3 . 6 ; ( 五)糙率曲线定线误差统计表附表 3 . 7 ; ( 六)流量验证计算表附表3 . 8 ; ( 七)流量验证误差统计表附表3 . 9 ; ( 八)床壁组成分类表附表 3 . 1 0 ; ( 九)分析河段地形图; ( 十)纵断面图; ( 十一)横断面图; ( 十二)水位 ( 或断面平均水深)糙率关系曲线; ( 十三)分析河段照片。 附 表 3 . 1河 段 糙 率 分 析 情 况 说 明 表( 一 ) 流域 自然地 理概 况l 分 析河段特 征 、 邻近河 段形 势及河段 平均 比降等特 征 2 断 面 各断 面位置 与间距 及历年 迁移概 况、 本次分 析采 用断面 编号 3 各断 面床 壁组成 、植物生 长及 人类活动 等情况 4 各断 面大体 形状 及历年 冲淤变 化规律 5 各组水 尺所在 位置 .河岸地 形地 物对 水位影 响情况 、 水 位代表性 如何 6 分析采用 资料 年份 及理由 ，分析选 择点据情 况 7 制 表校 核审 核 s d 1 7 4 - 8 5 5 8 1 水 系河 名 附裹3 . 2 河段糙率分析情况说明裹 ( 二) 站名东经北纬集水面积k m 观 测 资 料 精 度 各组 水尺零点 高程 测址情况 8 比 降 水位的 观测方 法 ( 自 记 还是 人工 ) 及同步 情况 9 大 断面测丛 及采用 情况 1 0 历 年 z - q 关系情 况 1 1 分 析采用 流量情况 说明 1 2 河 段落 差规律 : ( 上一 中) 、( 中一 卜 ) 、( 上一 卜 三段 对照说 明 3 采用 计算 式 及有关 参数确 定或 简化 计算 理 由与验 证 说明 1 4 各特征 比降统计了弓 项目 ss ,s u 各 项 数 值 ( 纵 ) 各 项 占 百 分 数 ( % ) 本站糙 率的规 律性及成 果精 度评价1 6 参加分 析整理 与校审 人员