红水河岩石河床的垂线流速分布的分析.docx

1、水文水能红水河岩石河床的垂线流速分布的分析游荣西（广西壮族自治区柳州水文分站）I文摘】岩石河床崎岖不平，水流非常素乱其垂线流速分布不完全适合于卡门对数流速分布公式，如果按照水文测监规范规定的方法去测验，多数方法将会产生较大的误差，从而使流量产生偏大或偏小的可能性，导致上,下游水量不平街现象.经过分析红水河上两个水文站的奏料，从中引出最佳测流方案,同时否定一些不适合于岩石河床特性的测验方法.关键询J岭丛峰林孤峰卡门紊乱精度0引言红水河是珠江干流,发源于云南省曲靖市西北部的马雄山麓。它是指从南、北盘江交汇后的贵州省望谟县蔗香起，到广西象州县石龙镇下游约5km处的三江口止的河段。红水柯属于典型的窄深

2、河流，横贯广西中部,经历岩溶峰必、蜂林、孤峰等3大纪地段。河床由炭酸盐类岩石组成，具有可溶性，由于亚热?带的高温多雨气候和水流的冲击致使河床切割深（迁江站上游河床最低点高程为负珠江基面5m）,河床岩石崎岖不平、千姿百态、水深流急、水流素乱，给水文测验工作带来相当大的困难。1基本情况1.1迁江站迁江站位于红水河的下河段，流量测验是用缆道自动输送仪器，铅鱼重量250kg,测点位置未加悬索偏角改正起点距位置固定,精测法以五点法为主.但因是岩石河床,测河底附近测点时会有碰撞仪器的可能，所以当水深足够时也有个别垂线施测三点法的。该站设立已有半个多世纪，但在1988年8月，出现一场有水文资料以来的最大洪水

3、，其重现期约为30年一遇，并且获得更高水位的精测法资料（距峰顶仅差色08m）.给这次分析研究提供了宝贵的依据。该站目前使用的常测法是0.2d,0.8d的两点法，并且经过精简分析,具有一定的误差控制范围，测量成果精度是较高的。但有时为了抢测洪水及下游清水河造成的变动回水顶托变化过程，个别也有用0,6d一点法或水面一点法混杂施测，上述两种方法需经过精简分析虽存在较大的允许误差,但因有精度较高的测点控制，所以影响不大。1.2绿建站绿建站位于红水河的中河段，是都安站的平衡对比观测站，都安站因测验条件恶劣.已于1991年撤消，继而以绿建站取而代之。绿建站流量测验情况，和迁江站第一点相同，故不重述。该站目

4、前使用的常测法是58条的2d,08d的两点法,未经精简分析，本身就无法确定有多少误差存在，所以很难衡量流量成果精度。2分析计算2.1理论分析在流速仪测流方法中，影响垂线平均流速测算精度的因素很多，现仅谈主要因素之一的流速测点分布多少而引起垂线平均流速计算上的误差问题。垂线流速分布曲线，常见的有指数分布、对数分布等，下面谈卡门对数流速分布公式：u=/+知。(1)VoV*式中:V垂线上距河底y处的流速；-垂线上水面流速；动力流速】-卡门常数，&自河底算起y处的相对水深。根据上式用积分法求垂线平均流速（其中包括某些变量的假定及定量等）得：V=116+0.267也。式中:V.垂线平均流速,其余

5、符号同上。当V.=l时占与V的关系如表1,据此得出卡门对数流速分布曲线特性为，从水面起往下算流速逐步递减且测点流速与垂线平均流速的比值成直线关系.这就是水文测验规范规定2.2实测资料的分析首先将高、中、低3级水位的精测法流量选出，除去用三点法测速的垂线,剩下的五点法测速垂线全部参加分析，因受岩石河床影响，一般来说都比较固定,所以按相同的起点距和顺序来点绘水深与流速的关系，便于垂直和横向比较，定线时采取先易后难原则，先确定关系点子密集的曲线，然后再排除偶然误差影响的个别测点的垂线，从中发现，除相同的起点距线形变化很接近外，相邻的起点跑统形也大致有关系。其次，用图解法或分析法（经过曲线匀修后-的测

6、点）来计算垂线平均流速，和将全断面按近似相同变化的曲线来综合（用相对位置）。具体做法是，将（2）式8移项，得已=L116+。267也，设Vh=1时,&又已知，求得表1。然后将实测资料代入上式左边项，求得各种类型曲线的各个部位的实测V值,并计算出各种不同测点下的垂线平均流速。又和利用表1值计算出各种不同测点下的垂线平均流速，以后者为衡量标准,即可得出不同类型曲线与卡门对数分布曲线的相对误差，如表2所列。并将各种类型曲线点绘到比较图1,2上。的各种垂线平均流速计算公式的理论依据也是本文分析的标准曲线。C1.00.90.80.70.6V1.116L1041.0901.0751.057,表1当

7、Ve=1时&与V的关系表t0.50.40.30.20.10.01V1.0361.0100.9760.9290.8490.582困1迁江站各类曲线比较图图2绿建站各类曲残比枝图差我们做了精简测点流速引起的流量误差计算，如表3所列，作为分析上，下游水量平衡的一项定性方面的工作。艮3绿建冲精简测点流速引起波*的误爰表艮2各种方法计耳垂线平均流速的相对误羞（%）表It日期水位精测法。.幻addN点苗源速计算黑的诳误是%1990.6,3。132.561361十«.8199Q.7.29US.461151+C.9199S8.1212S.241151+0.4曲H奥形方法三点法利点法点法母）一

8、点法水BD任江,形0.40.5Q.37.7D形0.6a.31-22.2电月形1.90.54.914.8S形4.41.211.0一5.4*D形2.3L54.0.一土2D形3-3Ld8.0一如0宰月形4.QZCS0-13.63几点认识以岩石河床由于有它的特殊性.并且糙率比较大.洪水时部分垂线的0.8d流速大于2d的，所以垂线流速分布不完全适合于卡门对数流速分布公式，具体是了三点法、两点法,。6d一点法等的3种方法都将使系统偏大。水面一点法的流速系数不是9,而是接近于1或大于1的变幅，故水面一点法将使系统偏小。b对于0.8d的流夜大于0.2d的问题及河底高程为负珠江基面的问题我们曾实地考察过迁江站的

9、测验河段，原旧东渡码头左岸处有一座小石山延伸到河中，约占去河宽的1/2.水流遇着小石山的阻挡，无法向上运动.但水为了出路，当然往底下强烈的运动,所以逐渐淘空脚下，故水底的流速大于水面和河底高程出现负珠江基面高程，二者是符合实际情况的又例如黔江武宣站，同样是岩石河床，比降下断面处于急弯河段，由于水流高心力的作用，凹岸的流再有，表2所列的仅仅是流速的误差还达不到目的.我们最终是求取流量的误差，因为绿建站目前资料短缺，暂时还不能进行估算，但为了探索该站目前使用的未经精简分折的常测法误速大，故冲刷严重，河底高程也趋近于珠江基面高程。也进一步说明岩石河床的断面，0.8d的流速有个别会大于2d的，这是事实

10、的存在,并不是什么测验误差造成的.从迁江、绿建两站的误差分布来看，三点法的误差要比两点法的为大.o.6d一点法的误差更大，所以最佳测流方案应该是两点法。c.绿建站现用的两点法常测法,从流速咱度来讲，平均误差为1.5%.引起流量的误差为Oz",如表3所列.井且有防水荷的升高而递增的趋势.另外，199。年精测法水位的幅度并不高.距最高水位还差6m,很难设想其误差数值.但从误差符号分布来看是系统偏大无疑。又从，上、下游站水量平衡来看，用面积倍比法对照（马陇、古蓬两站控制面积很小，暂可忽略）'也说明绿建站的流量是偏大的，如表4所列.偏大的部位,从图中可以看出，主要是水底部分。和41990年上、下游为水量平面对照我站名平均流量<m5/s)径流量绿建+马既一古蓬1S1Q5?2迁江183057?-区间来水量仃（）1.11n.9注，区间面积为4.1?3.山今后为了进一步探讨岩石呵床的垂线流建分布，建议