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第三章 流量测验 国内外部分河流流量资料 河名 地点 流域面积 （万Km2） 最大流量Qmax （米3/秒） 最小流量Qmin （米3/秒） 多年平均流量 （米3/秒） 密西西比河 美 国 322 76500 3500 19100 长 江 湖 北 宜昌 101 70600 2770 14000 伏 尔 加河 苏 联 146 67000 1400 8000 多 瑙 河 欧 洲 117 10000 780 6350 黄 河 河南花园口 68．0 22000 145 1300 淮 河 安 徽 蚌埠 12．1 26500 0 852 新 安 江 浙江罗桐埠 1．05 18000 10．7 370 永 定 河 北京卢沟桥 44 2450 0 28．2 ? 由此可见，天然河流的流量大小悬殊，如我国北方河流旱季常有断流现象，受自然条件和其它因素的影响，使得江河的流量变化错综复杂。为了研究掌握江河流量变化的规律，为国民经济发展服务，必须积累不同地区、不同时间的流量资料。因此，要求在设立的水文站上，根据河流水情变化的特点，采用适当的测流方法进行流量测验。 一、流量测验方法的分类 目前，国内外采用的测流方法和手段很多，按测流的工作原理，可分为下列几种类型： 1．流速面积法 常用的有流速仪测流法、浮标测流法、航空摄影测流法、遥感测流法、动船法、比降法等。 2．水力学法 包括量水建筑物测流和水工建筑测流。 3．化学法 化学法又称溶液法、稀释法、混合法等。 4．物理法 这类方法有超声波法、电磁法和光学法测流等。 5．直接法测流 容积法和重量法都是属于直接测量流量的方法，适用于流量极小的山涧小沟和实验室模型测流。 实际测流时，在保证资料精度和测验安全的前提下，根据具体情况，因时因地选用不同的测流方法。 二 、 流速分布和流量模型 研究流速脉动现象及流速分布的目的是为了掌握流速随时间和空间分布的规律。它对于进行流量测验具有重大的意义，由此合理布置测速点及控制测速历时等。 （一）流速脉动 水体在河槽中运动，受到许多因素影响，如河道断面形状、坡度、糙率、水深、弯道以及风、气压和潮汐等，使的天然河流中的水流大多呈紊流状态。从水力学知，紊流中水质点的流速，不论其大小、方向都是随时间不断变化着的，这种现象称为流速脉动现象。 水流中某一点的瞬时流速 是时间的函数，即 。 流速随时间不断变化着，但它的时段平均值是稳定的，这也是流速脉动的重要特性。即在足够长的时间T内有一个固定的平均值，称为时段平均流速或时均流速 ，可用下式表示： 于是任一点的瞬时流速为： 式中： 、 ——分别为瞬时流速和时均流速，m/s； ——脉动流速，m/s。 脉动流速随时间不断变化，时大时小，时正时负，在较长的时段中各瞬时的 的代数和趋近于零。 用流速脉动强度来表示流速脉动变化强弱的程度： 式中： ——流速脉动强度； ——测点的时均流速； 、 ——分别为测点的瞬时最大、最小流速。 流速脉动现象是由水流的紊动而引起的，紊动愈强烈，脉动也愈明显。通过水力学实验发现，流速水头有上下振动的现象，同时还发现河床粗糙则脉动增强，否则减小。用流速仪在河流中测速，也可看到流速脉动的现象。根据实测资料，计算脉动强度，在横断面图上绘制等流速脉动强度曲线图。从图上可见脉动强度河底大于水面，岸边大于中泓。这和横断面内流速曲线的变化趋势恰好相反。 从一些实测资料对比可知：山区河流的脉动强度大于平原河流；封冻时冰面下的流速脉动也很强烈，都反应河床粗糙程度对脉动的影响。 （二）河道中流速分布 在研究河流中的流速分布主要是研究流速沿水深的变化，即垂线上的流速分布；研究流速在横断面上的变化。研究流速分布对泥沙运动、河床演变等，都有很重要的意义。 1．垂线上的流速分布 天然河道中常见的垂线流速分布曲线，一般水面的流速大于河底，且曲线呈一定形状。只有封冻的河流或受潮汐影响的河流，其曲线呈特殊的形状。由于影响流速曲线形状的因素很多，如糙率、冰冻、水草、风、水深、上下游河道形势等，致使垂线流速分布曲线的形状多种多样。 许多学者经过实验研究导出一些经验、半经验性的垂线流速分布模型，如抛物线模型、指数模型、双曲线模型、椭圆模型及对数模型等。但这些模型在使用时都有一定的局限性，其结果多为近似值，许多的观测、研究表明，以下几种模型与实际流速分布情况比较接近。 （1）抛物线型流速分布曲线 只具有水平轴的抛物线型流速分布曲线。A点为抛物线的原点，抛物线上任意一点a的坐标为： 将其代入抛物线方程式 ，并加以整理得： 式中: ——曲线上任意一点的流速； —