摘要：本文根據(jù)筆者多年的水文測(cè)站工作實(shí)踐，就如何提高浮標(biāo)測(cè)流精度問(wèn)題進(jìn)行闡述。
　　關(guān)鍵詞：浮標(biāo)定型；系數(shù)分析
　　
　　在現(xiàn)有測(cè)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備條件的情況下，浮標(biāo)測(cè)流是我省陜北地區(qū)徒漲徒落，柴草較多、泥沙大的山溪性河流常用的一種測(cè)洪方法。而浮標(biāo)測(cè)流在目前還有很多問(wèn)題要進(jìn)一步探討解決。我根據(jù)近十三年的水文測(cè)站工作實(shí)踐，就提高浮標(biāo)測(cè)流精度問(wèn)題談一下幾點(diǎn)意見(jiàn)。
　　1、浮標(biāo)要定型
　　浮標(biāo)的形式、材料、尺寸大小、入水深度等因素都直接影響著浮標(biāo)系數(shù)。凡是采用水面浮標(biāo)測(cè)流的測(cè)站，首先應(yīng)該在本站將浮標(biāo)形式固定下來(lái)，這樣在計(jì)算浮標(biāo)流量過(guò)程中就可以通用一個(gè)浮標(biāo)系數(shù)，避免因浮標(biāo)類型不同造成系數(shù)變動(dòng)的麻煩，方便了計(jì)算工作。
　　目前陜北地區(qū)廣泛采用的形式是十字形草把浮標(biāo)，為浮標(biāo)平衡，并具有一定的入水深度，通常在浮標(biāo)下方系有小石（小磚）塊。所以材料一般本著就地取材的原則，用高粱桿、玉米桿、谷桿等材料均可捆扎。由于山溪性河流水流湍急，波浪較大，浮標(biāo)尺寸不宜太小，一般0.6~0.8m為宜。為使白晝浮標(biāo)醒目，一般可在上端插一彩色小旗或白色泡沫，夜間使用安裝發(fā)光體夜明浮標(biāo)，通常在浮標(biāo)上端插一附著棉球的鐵絲，使用時(shí)將棉球浸蘸柴油，有時(shí)為延長(zhǎng)燃燒時(shí)間，棉球內(nèi)適量地包些衛(wèi)生球碎塊。如遇到風(fēng)雨大，浪花急的情況下，不能使用火光照明時(shí)，可改用電池夜明浮標(biāo)，制作方法是用二號(hào)電池焊接1.5伏的燈泡，為加大發(fā)光面，外面罩上充氣氣球，然后將光體附在定型浮標(biāo)上使用。為了避免浮標(biāo)系數(shù)變化，白晝浮標(biāo)和夜明浮標(biāo)的基本形式、尺寸、重量應(yīng)大致保持一致。
　　目前所用的十字草把浮標(biāo)體積大，保管困難，存放久了容易霉?fàn)�，松散。可以綜合各地浮標(biāo)之優(yōu)點(diǎn)統(tǒng)一用塑料或硬質(zhì)紙加工定型浮標(biāo)，這樣更有利于A值統(tǒng)一應(yīng)用。不論那種形式的浮標(biāo)，一經(jīng)先定，就不要隨時(shí)變動(dòng)，免得影響浮標(biāo)系數(shù)的穩(wěn)定性。
　　2、浮標(biāo)系數(shù)的分析
　　浮標(biāo)系數(shù)是影響浮標(biāo)測(cè)流成果精度的主要因素之一，因此對(duì)浮標(biāo)系數(shù)分析工作必須重視。浮標(biāo)系數(shù)是受多種因素影響的一個(gè)綜合系數(shù)，河流的水力因素、氣流因素以及浮標(biāo)的類型等都與浮標(biāo)系數(shù)有密切關(guān)系，而不同的河流、斷面開(kāi)關(guān)，水流情況其水力因素都可能表現(xiàn)出不同的特性，對(duì)浮標(biāo)系數(shù)產(chǎn)生不同的影響。浮標(biāo)系數(shù)本來(lái)應(yīng)該由測(cè)站試驗(yàn)得出本站的系數(shù)，但就目前測(cè)站人力和設(shè)備條件，要求用流速儀與浮標(biāo)同時(shí)施測(cè)的方法來(lái)試驗(yàn)、擴(kuò)大試驗(yàn)范圍，提高水幅是困難的。筆者認(rèn)為可以分析浮標(biāo)系數(shù)的基本公式樣中各因素的性質(zhì)，然后采取分別試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行。
　　式中：
　　—水面浮標(biāo)系數(shù)
　　—斷面平均水面流速系數(shù)
　　—浮標(biāo)阻力分布系數(shù)
　　—平均空氣阻力參數(shù)
　　由浮標(biāo)系數(shù)公式的指導(dǎo)過(guò)程可知在式中為空氣與水的密度之比，它與氣溫和水溫有關(guān)，但在一般情況下，由于溫度的變化對(duì)值的影響甚微，故可視為常數(shù)。為空氣和水的阻力系數(shù)之比，它與水流含沙量大小及浮標(biāo)的質(zhì)料、型式有關(guān)，在通常情況下，其比值變化很小，亦可視為常數(shù)。由引可見(jiàn)A值的大小主要是依浮標(biāo)的類型而定，一個(gè)測(cè)站所用浮標(biāo)的質(zhì)料，型式確定之后，A值應(yīng)為一固定的常數(shù)。
　　據(jù)有關(guān)資料證明，A值本身數(shù)值較小，在天然河道或渠道作試驗(yàn)，要得出理想成果是比較困難的。建議可根據(jù)定型后浮標(biāo)的質(zhì)料、型式、入水深度、選擇水流條件較好的河段，或在靜水池內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，得出A值，推廣應(yīng)用。
　　水面流速系數(shù)是測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)一定水力因素的綜合反映，它與斷面形狀、河床糙率、水面比降的變化等，有著密切關(guān)系。有些河段，斷面比較規(guī)則，河床穩(wěn)定。反之，水面流速系數(shù)往往隨水力因素的變化而變化。可以說(shuō)水面流速系數(shù)，各站應(yīng)根據(jù)河流特性自行試驗(yàn)確定。測(cè)站可在水流條件許可的情況下，用儀器施測(cè)流量時(shí)加測(cè)水面流速，積累一定數(shù)量資料，建立斷面流量Qm與斷面流量Q相關(guān)圖，該直線的斜率即為所求的斷面平均水面流速系數(shù)。但是用儀器實(shí)測(cè)資料可求得值，一般水深幅度較低，要取得較大水深的值，還可利用歷年浮標(biāo)系數(shù)試驗(yàn)資料，根據(jù)浮標(biāo)系數(shù)推求公式：反求出值。A值采用已知試驗(yàn)值，這樣可以將水深幅度適當(dāng)?shù)靥岣撸�還可以利用有比降的流量資料，通過(guò)曼寧公式來(lái)推求值。用幾種方法推求的值與水深H建立相關(guān)關(guān)系，以備在各種不同水深時(shí)查用值。據(jù)有關(guān)資料驗(yàn)證，在一定水深以上，H～關(guān)系比較穩(wěn)定。
　　當(dāng)A值與值確定后，可用浮標(biāo)系數(shù)基本公式：分別計(jì)算不同值的，點(diǎn)會(huì)～關(guān)系線以備查用。
　　通過(guò)上述方法推求的浮標(biāo)系數(shù)是建立在實(shí)測(cè)資料基礎(chǔ)上的，要比目前各站現(xiàn)在所采用浮標(biāo)系數(shù)按風(fēng)力分配的辦法實(shí)際得多，因浮標(biāo)系數(shù)不同于水面流速系數(shù)的關(guān)鍵在于浮標(biāo)露出水面部分受空氣阻力影響的程度，而這種影響程度又決定于水面流速與風(fēng)速順逆差的大小，所以單以風(fēng)力大小平均分配浮標(biāo)系數(shù)是不妥的。在暫無(wú)試驗(yàn)資料的情況下，可分別借用經(jīng)驗(yàn)和A值，通過(guò)公式計(jì)算浮標(biāo)系數(shù)較為妥當(dāng)。
　　3、斷面沖淤變化規(guī)律的探討
　　影響浮標(biāo)流量精度有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是浮標(biāo)系數(shù)問(wèn)題，一是斷面問(wèn)題。目前陜北大部分站實(shí)測(cè)斷面的幅度很低，大洪水時(shí)仍以借用斷面為主，對(duì)于沖淤變化大的河流來(lái)說(shuō)，借用斷面欠妥所造成的誤差可能達(dá)到20～30%，或者更多，例如，陜北的趙石窯水文站，實(shí)測(cè)斷面與借用斷面（從水位面積關(guān)系線上查得）之間的誤差往往達(dá)到20～30%，有時(shí)甚至達(dá)到近40%。解決這個(gè)問(wèn)題必須從兩方面著手，一方面發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性，改進(jìn)測(cè)驗(yàn)設(shè)施和測(cè)具，努力提高實(shí)測(cè)幅度。實(shí)測(cè)全斷面有困難的，可盡量爭(zhēng)取實(shí)測(cè)水深較小的部分?jǐn)嗝妫�而這部分?jǐn)嗝嬗滞�往是變化大，變化快的部分，特別是落水過(guò)程塌岸，淤積多發(fā)生在兩邊近岸，能抓緊時(shí)機(jī)不論測(cè)流和不測(cè)流把這部分變化過(guò)程測(cè)出來(lái)，對(duì)分析借用斷面有很大幫助。即是能在取沙時(shí)盡量把水深測(cè)量出來(lái)，有時(shí)也能為借用斷面提供重要參考資料；另一方面就是如何比較恰當(dāng)?shù)亟栌脭嗝娴膯?wèn)題，筆者多年來(lái)的觀察，每個(gè)斷面的特性和每次洪水的特征都是有所不同的，比如有的斷面是漲水沖、落水淤；有的時(shí)候卻是峰前淤，峰頂過(guò)后沖；有的斷面水流方向不正，往往落水過(guò)程主流擺動(dòng)，造成此岸沖、彼岸淤等等。同一斷面在各次洪水過(guò)程中變化也不一樣，斷面沖淤與當(dāng)時(shí)的各種水力因素變化有關(guān)，如流速變化，主流擺動(dòng)學(xué)，含沙量大小，泥沙粒徑，沉速等直接影響著斷面的沖淤。所以，借用斷面的分析是一項(xiàng)細(xì)致的工作，不能千篇一律。
　　4、測(cè)速過(guò)程要細(xì)致
　　要提高浮標(biāo)測(cè)流的精度除注意以上幾個(gè)環(huán)節(jié)外，還應(yīng)該注意浮標(biāo)測(cè)速有關(guān)環(huán)節(jié)，即浮標(biāo)橫向定位、浮標(biāo)運(yùn)行歷時(shí)，浮標(biāo)運(yùn)行距離等，每個(gè)環(huán)節(jié)出了漏洞，都會(huì)影響所測(cè)流量精度。陜北地區(qū)各站目前多以經(jīng)緯儀、小平板交會(huì)來(lái)確定浮標(biāo)橫向分布位置，用經(jīng)緯儀監(jiān)距時(shí)在流速大、浪頭頻繁的情況下難度大、問(wèn)題多，容易形成流速曲線上點(diǎn)子散亂，或者形成流速曲線系統(tǒng)位移變形。要提高精度，只有視鏡人員平時(shí)苦練技術(shù)。另外，筆者覺(jué)得用小平板監(jiān)距從儀器角度來(lái)說(shuō)，要求精度不及經(jīng)緯儀，但使用簡(jiǎn)單，視物直觀，計(jì)算方便，從使用效果講精度并不亞于經(jīng)緯儀。就浮標(biāo)監(jiān)距而言，小平板比較實(shí)用，浮標(biāo)運(yùn)行歷時(shí)誤差，在上下斷面間距一定的情況下，流速愈大，誤差愈大。假定上下斷面間距為200米，流速為4.00米/秒，歷時(shí)每差一秒就會(huì)造成2%的誤差。所以在流速較大時(shí)，秒表必須記至0.1秒，以減少誤差。運(yùn)行距離對(duì)浮標(biāo)流量誤差造成機(jī)會(huì)更多，存在問(wèn)題更大。大部分站沒(méi)有瞄準(zhǔn)設(shè)備，尤其是夜間測(cè)流影響更大。大于200米間距，上下斷面如若各差2米，其誤差就是2%，所以提高測(cè)流精度，各站應(yīng)設(shè)置浮標(biāo)斷面瞄準(zhǔn)器。