牛街

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牛街水文站水面流速系数分析

云南省水文水资源局昭通分局肖军

摘要：流速仪法作为流量测验的基础方法，水面流速系数是流量测验中使用最

多的一个系数。在水资源日趋紧缺的今天，准确计算江河流量是实施严格水资源管

理的要求。为进一步提高牛街站流量资料精度，本文根据牛街站2008年至2011年

实测水面虚流量和常测法流量资料，对牛街站水面流速系数进行分析，最终确定实

测的水面流速系数分析成果，这对提高流量测验成果精度，为水资源管理提供更可

靠支持。

关键词：牛街水文站；水面虚流量；水面流速系数；比测；分析

1.流域概况

牛街水文站位于云南省昭通市彝良县牛街镇，地理位置东经104°29´，

北纬27°51´。主要收集横江支流白水江基本水文信息，为下游地区防汛服

务，站级为国家重要站、中央报汛站、国家水质监测站，站类为白水江流域

代表站、基本站、一类精度站。监测项目包括：水位、流量、泥沙、降水、

蒸发；同时还担负着水质采样、水情报汛等监测任务。白水江属长江流域金

沙江下段水系，是金沙江南岸一级支流横江的主要支流。白水江流域云南省

境内地势南高北低，主流上游称坪上河，向东北流至五德加入牛场河后称五

德河，经6km伏流出露后为罗坎大河，流至镇雄、彝良两县交界附近加入右

支流白水河后称白水江，于盐津县柿子坝乡汇入横江。

白水江发源于贵州省赫章县毛姑，于彝良县坪上乡核桃树进入云南省，

经镇雄县五德镇和罗坎镇、彝良县洛旺镇和牛街镇，在盐津县柿子坝汇入横

江，全长128km，流域面积3710km2，主河平均比降16.6‰，其中，云南省

内流域面积3236km2。主要支流有坪上河、五德河、白水河、小干溪和朱家

沟等。

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2.基本资料

随着科学技术的高速发展，水文现代化也迈出了坚实的步伐，对资料的

收集、整理已有了严格的规范规定，为了提高资料的精度，保证资料的质量。

我站按《河流流量测验规范》（GB50179-93）要求，收集了２００8年至２０

11年四年的部分中低水的比测资料共30次（见表1）。对本站水面流速系数

进行分析，最终确定实测的水面流速系数分析成果，这对进一步提高流量测

验成果精度，为水资源管理提供更可靠支撑。

表1牛街水文站相对水深为0.6、0.0时的实测流量资料

序号日期平均时间相应水位Q0.0（m3/s）Q0.6（m3/s）

12008.5.2118:08535.7583.769.5

26.1516:01536.39214178

37.1308:23536.05141116

48.1908:34535.6879.467.8

59.1118:52536.08133110

62009.5.1819:00535.4447.039.5

77.0116:14535.4548.542.1

88.0409:39535.4451.646.0

98.1018:01535.6480.568.7

1010.1016:33535.5465.458.9

1111.1413:05535.2936.432.2

122010.6.2118:13535.4453.145.6

137.2810:37535.5560.350.9

148.3109:10535.3134.929.9

1512.1115:31535.7182.872.2

162011.2.1014:46535.4044.338.1

173.0608:56535.1724.720.9

185.0417:44535.5663.855.2

196.0918:21536.06132119

206.1609:55535.7080.671.0

217.0208:40535.4146.339.3

227.2117:13535.7490.777.4

237.2814:16535.4448.841.5

247.2909:10536.84317277

258.1016:16535.7181.971.6

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268.1308:23535.94118102

278.2210:20535.6778.867.6

288.2316:56536.40210181

298.3107:52536.25152136

309.0918:33536.65244207

3.水面流速系数分析

从表中的资料可以看出，比测资料共３０次，其系列满足规范不低于３

０次的要求，从所收集资料来看，除高水不能施测外，在各个不同的水位级

均有比测资料。本次分析不用各垂线水面流速系数推球断面平均水面流速系

数，而是使用常测法各垂线平均流速计算的断面流量和各垂线水面流速计算

的断面虚流量建立关系，直接推球断面水面流速系数。水面流速系数分析采

用常测法流量～水面虚流量相关法、水位～水面流速系数关系法进行，并对

回归方程进行显著性和误差分析，考虑比测资料水位的代表性和测站实际综

合分析确定本站使用的水面流速系数值。

3.1常测流量～水面虚流量相关法

3.1.1相关方程

根据资料，用断面常测法与水面虚流量建立直线相关关系。因为在正常

情况下，水面虚流量为零时，断面平均流量也为零，所以在进行直线相关时

其常数C设为0，相关方程为：

Q=K水Q0.0

式中：K水为水面流速系数

Q0.0为常测法流量（m3/s）

水面流速计算公式为：

K水=

2

1

0.0

0.0

1

)(/))(0.00.0(





n

i

i

n

i

QQQQiQiQ

式中：iQ0.0、0.0Q为水面虚流量和均值（m3/s）

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Qi、Q为常测法流量和均值（m3/s）

n为样本容量

相关系数r计算公式为

r=2

1

2

11

)()0.00.0(/))(0.00.0(QQiQiQQQiQiQ

n

i

n

i

n

i





3.1.2相关分析

常测法流量～水面虚流量相关分析见图1。可以看出常测法与水面虚流

量带你据明显呈一带状，相关系数R=0.9997，关系好，故确定牛街水文站水

面流速系数k=0.8692≈0.87。

图1牛街水文站水面流速系数相关分析图

3.2水位～水面流速系数法

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根据水面流速系数比测时水位和水面流速系数建立水位～水面流速系数关系

图，参考历年水位变化情况绘制各级水位～水面流速系数关系线。由关系图看出，牛

街水文站水面流速系数变幅在0.85～0.89之间，点子比较密集，通过点群中心绘制一

条水位～水面流速系数关系曲线，见图2。

3.3回归方程显著性检验

根据回归方程得到回归断面流量系列，计算回归方程的F检验统计量，取信度

水平α=0.05，查分布表求得满足关系式的临界值，如果回归方程显著；或计算相关系

数临界值如果≥，且≥0.8，回归方程显著。

F检验统计计算该是为：

F=)2/()(/)(2

1

2

1











nQiQ

i

n

i

i

n

i

QQ

式中：F为F检验统计量；

i

Q

为回归断面流量（m3/s）

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i

Q、Q为常测法流量和均值（m3/s）

相关系数临界值计算公式为：

r

α(n-2)=

)2,1()2/(2,1(nFannFa）

式中：r

α(n-2)为相关系数临界值

）2,1(nFa为F检验临界值

n为样本容量

统计结果表明，F>Fα（1，n-2），或

2



n

rar，且8.0r，回归方程是显著

的。

3.4回归方程的误差分析

回归方程所确定的回归线是与经验点据拟合最好误差最小的配合线，

但通常流量点据并不完全落在回归线上，而是散布于回归线的两旁。因此回

归线只反映两变量间的平均关系，按此关系计算的回归流量值和实际值之间

存在这误差。根据误差理论，回归线的误差服从正态分布，误差的大小实际

取决于均方误的大小，且回归线的均方误SQ不应大于均值的10%～15%。

回归线的均方误SQ计算公式为

SQ=)2/()(

1

2







n

i

nQiQ

统计结果表明回归的均方误SQ小于均值的10%。

四、结语

（1）在此次分析中，由于比测水位级受测验缆道测洪能力的限制，只能

在基本水尺水位为537.00m以下开展比测工作，这使得资料分析的结果，其

代表性不是很高。尽管这样，我们还是对牛街水文站中、低水水位级的水面

流速系数有了深刻的了解和认识。同时也为下一步工作的开展、系数的取用

提供了相关依据。

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（2）所收集资料分析结果综合确定牛街站水面流速系数分析值为0.87，

可以外延使用。

（3）水面流速系数分析值的使用，使流量资料精度更高，水量计算更准

确，对流域水资源管理具有重要意义。

参考文献

1SL195-97，水文巡测规范S

2GB50179-93,河流流量测验规范S

2SL247-2012，水文资料整编规范

S

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