第3章 流量测验

第三章 流量测验

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

概述 断面测量 流速仪测流 浮标法测流及航空摄影法测流 其他流速面积法流量测量 其他测流方法

第三章 知识结构概述流 量 测 验

断面测量(重点) 流速仪测流(重点) 浮标法测流(重点) 其他测流方法

第一节 概述

流量是单位时间内通过江河某一断面的水量 (Q),单位：m3/S。 流量资料是重要的水文资料。 江河流量是随时随地在变化，但具有统计规律。 流量的特征值具有地理分布规律。见表3-1. 为了研究掌握江河流量的变化规律，为国民经 济建设服务，必须积累不同地区，不同时间的 流量资料。水文站必须采用各种方法进行流量 测验。

表3-1 国内外部分河流流量资料河名密西西比河 长江 伏尔加河 多瑙河 黄河 淮河 新安江 永定河

地点美国 湖北宜昌 前苏联 欧洲 河南花园口 安徽蚌埠 浙江罗桐阜

流域面积 (万km2)322 101 146 117 68 12.1 1.05 44

Qm (m3/s)76500 70600 67000 10000 22000 26500 18000 2450

Qmin (m/s)3500 2770 1400 780 145 0 10.7 0

多年平均流 量Q(m3/s)19100 14000 8000 6350 1300 852 370 28.2

一、流量测验的方法分类常用有以下5种方法：

流 量 测 验 方 法 分 类

1、流速面积法 2、水力学法 3、化学法 4、物理法 5、直接法测流

1、流速面积法 包括流速仪测流法、浮标测流法、航空摄影测流 法、遥感测流法、动船测流法、比降法等。 2、水力学法 包括量水建筑物测流和水工建筑物测流等。 3、化学法 有溶液法、稀释法和混合法等。 4、物理法 有超声波法、电磁法和光学法等。 5、直接法测流法 包括容积法、重量法等。

二、流速分布与流量模型(一)流速脉动 流速脉动现象：是指紊流中水质点的流速大小、方 向随时间变化的现象。 河水流速脉动的原因受到河道断面形状、坡度、糙 率、水深、弯道及风力、气压等众多因素影响。 瞬时流速随时间变化, 称流速脉动现象. 其重要特性是它 的时间平均值是 稳定的。

u=1/T∫udt u= u +△u 脉动强度y y=1/u2 (u2max- u2min) (3-1) 见右图

资料表明: ①山区河流的脉动强度大于平原河流; ②封冻期,冰面下的流速脉动强烈; ③流速仪测得的流速是时段平均流速. (二)河道中流速分布 河道中水流的流速沿垂线和横断面变化的. 1、垂线上流速分布 如下图。

(1)抛物线形流速分布曲线如图3-4(a)。

其中A点为抛物线的远点，抛物线上任意一点的 坐标为 Y=hx-hm X=umax-u 代入抛物线方程y2=2Px并加以整理则有 u=umax-(1/2p)(hx-hm)2 (3-2) 在垂线上,P、umax、hm均为常数项。

(2)对数分布曲线得如图3-4(b),经推导得: umax=(u*/K)Ln(h/y) (3-3) u=umax+(u*/K)Lnη (3-4) 式中 u*——动

力流速； K——卡尔曼常数； η ——自河底向上起算的相对水深。

(3) 椭圆流速分布曲线得公式形式为 u=p0.5u0(1/p- η)0.5 式中 P——流速分布参数； u0——面流速。

(3-5)

根据(3-5)式计算各测点相对水深的流速值， 见下表3-3。 3-3 椭圆流速分布公式计算的测点流速值η 0.6η2 u=u0(1-0.6η2 )0.5 0 0 1.0u0 0.2 0.024 0.098u0 0.4 0.096 0.951u00 0.6 0.216 0.885u0 0.9 0.384 0.785u0 1.0 0.600 0.633u0

根据上表的测点流速按面积包围法计算垂线平均流速 为um=0.885u0。 按两点法(0.2、0.8)计算um=0.887u0; 按一点法(0.6) 计算um=0.885u0。 可见，通常采用计算垂线平均流速的方法计算结果都接 近积分法，相差1.1~1.3% 。

2、断面的流速分布 如图3-5(畅流期)。

图3-6 封冻期

垂线平均流速沿河宽分布曲线图

(三)流量模型的概念 见下图。

全断面流量Q为 Q= ∫ u.dA= ∫∫ f(b,h)dh.db (2-3-1) 其有限差形式为 Q=Σqi = (2-3-2) 流量测量工作的实质是测量横断面和测量流速 两部分工作组成。 具体内容包括布设垂线，测量起点距和水深， 测量个点流速，计算断面流量。