減少流量整編誤差的方法分析

【摘 要】流量是水文資料的一個重要項目，本文結合作者從事流量整編多年工作的經(jīng)驗，就如何確保水位流量關系線定線質量，提高流量整編精度，提出了自己的觀點和方法。

【關鍵詞】 流量整編;流量定線;提高精度

Decrease discharge whole plait the method of the error margin analysis

Liu Jin-liang

(Xingtai hydrology water resources survey bureau Xingtai Hebei 054000)

【Abstract】The discharge is an importance item of hydrology data， the this text knot cooperator be engaged in discharge whole plait several year work of experience， how insure water level discharge relation line settle line quality， exaltation the discharge be whole plait accuracy and put forward oneself of standpoint and method.

【Key words】Discharge whole plait;The discharge settle line;Exaltation accuracy

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水文資料整編是對對原始的水文資料按科學方法和統(tǒng)一規(guī)格，分析、統(tǒng)計、審核、匯編、刊印或儲存等工作的總稱。水文測驗是資料整編的基礎，只有測驗質量符合要求，加之可靠的整編成果，才能滿足水文預報和水文計算的要求。通過水文資料整編，可以反映測驗成果，發(fā)現(xiàn)測驗中的問題。

在資料整編中，水位流量關系的定線尤為重要。定線是指按照整編需要，根據(jù)實測資料，確定兩個水文要素間的關系曲線，作為用一個要素的資料去推算另一個要素的依據(jù)。例如，流量測驗一般是間斷地而不是連續(xù)地進行的。為了取得連續(xù)的流量資料，就要在整編時定出水位流量關系曲線，然后用連續(xù)觀測的水位資料，通過水位流量關系曲線推算成連續(xù)的流量資料。

目前，水位流量關系定線多采用連時序法。該法在實測流量點子很多時適用性強，當實測點子較少時，采用此法則需要大量的分析工作，一則考慮實測點子精度高低，另一方面前后兩點的距離過大，走線帶有很大的任意性。結合自己從事十幾年的水文資料整編地實踐經(jīng)驗談談對水位流量關系線定線的分析。

1. 水位流量關系的概念和類型

所謂水位流量關系是指基本水尺斷面的水位與該斷面流量之間的關系，經(jīng)常出現(xiàn)一下幾種情況:

1.1 穩(wěn)定的水位流量關系是指在較長時期內，某斷面的實測流量與相應水位的點據(jù)呈密集帶狀分布，可用一條單一曲線來表示。

1.2 不穩(wěn)定的水位流量關系是指因受一種或幾種因素的影響，實測流量與相應水位的點據(jù)不能呈密集帶狀分布，難以用一條單一曲線表示，同一水位(或流量)具有多個流量(或水位)與之對應，這就是不穩(wěn)定的水位流量關系。引起這種水位流量關系變動的因素有:(1)河床沖淤，使同水位的斷面面積發(fā)生變化，影響流量，多沙河流沖淤嚴重，這種變化尤為劇烈;(2)洪水漲落，漲水與落水階段，河道水面比降不同，流速不同導致同水位下流量不同，漲落急劇的河流，這種變化比較明顯;(3)變動回水，在河流的中下游，河渠水位受支流匯合、閘門啟閉、回水頂托等影響，使水面比降發(fā)生變化，引起水位流量關系的不穩(wěn)定;(4)結冰、水生植物等也能導致斷面面積和糙率等一些水力因素的變化而影響水位流量關系。

2. 水位流量的初步定線

以同一水位為縱坐標自左至右依次以流量、面積、流速為橫坐標點繪于坐標紙上。選定適當比例尺使水位流量、水位面積、水位流速關系曲線分別與橫坐標大致成45°、60°、60°的交角并使三條曲線互不相交。

2.1 流量變幅較大測次較多水位流量關系點子分布散亂的，可分期點繪關系圖然后再綜合繪制一張總圖。

2.2 水位流量關系曲線下部讀數(shù)誤差超過2.5%的部分，另繪放大圖流量很小時可適當放寬。

2.3 水位流量關系曲線應繪出上年末與下年初各3～5個測點以確保年頭年尾流量的銜接。

3. 依據(jù)水位流量的初步定線初步判斷各時期水位流量關系的類型

3.1 當水位流量關系點據(jù)呈單一趨勢時，可判斷為穩(wěn)定的水位流量關系，此種情況在山區(qū)河流較多。現(xiàn)分析如下:

天然河道中的河流可近似地看作穩(wěn)定不均勻流，其流速

V=1nR2/3Ie1/2≈1nR2/3I1/2

其中Ie為能面比降;I為水面比降。則斷面流量

Q=F#8226;V=F#8226;1nR2/3I1/2F(G，，n，I)

從上式可以看出:流量Q是水位G、斷面形狀Ω、糙率n，比降I的函數(shù)。欲使水位流量關系線單一，只有下面兩種情況:a、在同一水位下，Ω、n、I保持不變;b、在同一水位下Ω、n、I雖然有所變化，但它們對流量大小的影響恰好相互抵消。

很顯然，第二種情況出現(xiàn)的可能性很小，也就是說，要使水位流量關系單一、穩(wěn)定，則需測站不受洪水漲落影響(影響比降I)，不受變動回水影響(影響比降I)，不受沖淤影響(影響斷面形狀Ω)，不受水草影響(影響糙率n)等等。否則水位流量關系不能穩(wěn)定。

3.2 當實測點據(jù)呈逆時針繩套關系時，可初步判定為受洪水漲落影響。

因為 Q=KI=KI0+ΔI=KI01+ΔII0=Q01+1I0UΔGΔt

其中Q為受洪水漲落影響下的不穩(wěn)定流量;QO為穩(wěn)定時流量;ΔI為附加比降;IO為穩(wěn)定時水面比降;ΔGΔt為漲率。

從上式中可以看出，(1)洪水上漲時，ΔI為正，Q>Qo;落水時ΔI為負，Q

為了進一步證實該時期測站受洪水漲落影響，應該分析該時期上游來水情況，以及水力因素極值的出現(xiàn)順序是否依次為最大比降(最大漲率)、最大流速、最大流量、最高水位。在確定該時期受洪水漲落影響后，可選取校正因素法或抵償河長法輔助定線。

3.3 若實測點據(jù)散亂，呈順時針繩套、正8字、反8字等不規(guī)則形狀趨勢時，可考慮為受變動回水影響，或變動回水和洪水漲落綜合影響。

變動回水影響主要來自下游水體水位的變化對測流斷面流量的影響，其水位流量關系除與本站的水情有關外，還與下游水體的水情變化有關。因此，要了解該時期下游各支流、水體的水情變化情況，從而進一步證實該時期測站斷面是否受下游水體的頂托作用。然后，可視資料情況，選取定落差法、等落差法、正常落差法輔助定線。

需要指出的是，雖然受變動回水影響與受洪水漲落影響的曲線，都是通過水面比降影響流速，從而影響流量的。但兩者存在明顯差異;洪水漲落影響下的G~Q關系按時序連成逆時針繩套，而變動回水無規(guī)則;變動回水與下游水位變化關系密切，而洪水漲落影響與下游水位關系不大;受洪水漲落影響主要分析洪水特性，常用漲落率反映比降的變化，而變動回水影響主要分析落差;受洪水漲落影響為漸變的不穩(wěn)定流，而變動回水影響下的水流則為緩變的穩(wěn)定流。

圖1

3.4 受沖淤影響的水位流量關系主要從以下方面去分析:(1)根據(jù)水位面積關系的切線去分析;(2)用挾沙能力的概念去分析;(3)繪制平均河底高程線和同水位面積過程線去分析。若判定某時期水位流量關系受沖淤影響，則可選取臨時曲線法，改正水位發(fā)等去分析輔助定線。

3.5 水位流量關系曲線的延長。

進行流量測驗時，應盡量在最高、最低水位附近布置測次。但有時由于特殊原因，未能測得洪峰峰頂流量或最枯流量。這時，必須將水位流量關系曲線延長，以取得完整的流量變化過程。

3.5.1 對曲線延長的要求。

高水延長可影響全年最大流量數(shù)值，甚至影響規(guī)劃設計時洪峰流量頻率計算;低水水量雖小，但如延長不當，相對誤差可能較大，且影響歷時也較長。因此，對高低水延長均需慎重。一般情況，高水部分延長不應超過當年實測流量所占水位變幅的30%，低水部分延長不應超過10%。如超過此限度，最好能用兩種方法延長作比較，使成果可靠，并在整編成果中予以說明。

3.5.2 延長方法的選用。

(1)高水延長的主要依據(jù)是實測大斷面資料。在斷面無嚴重沖淤變化時，一般可用水位面積、水位流速關系曲線法和水力學公式法等延長。若歷年水位流量關系較穩(wěn)定時，可參考鄰近年份的曲線趨勢延長。有歷史洪水調查資料時，也可用作延長曲線的參考。如果斷面變化劇烈，峰前峰后實測的斷面高水時不能借用，則需借用上下游站的高水實測流量資料來延長。

(2)低水延長一般可用水位面積、水位流速關系曲線法，或以斷流水位為控制點的延長方法。

3.5.3 根據(jù)水位面積、水位流速關系曲線作高低水延長。

河床比較穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流速關系點子常較集中，曲線趨向明顯，可根據(jù)水位面積、水位流速關系曲線來延長水位流量關系曲線，延長高水曲線方法如下:

(1) 先根據(jù)最近實測的大斷面資料，繪制水位面積關系曲線。

(2) 高水位的水位流速關系曲線通常趨近于直線，且與縱軸接近平行。根據(jù)這種特性，順趨勢延長實測的水位流速關系曲線。

(3) 將延長部分的各級水位的流速乘以相應面積即得流量，并定出延長的水位流量關系曲線。

3.5.4 參照歷年水位流量關系曲線作高水延長。

如歷年河床變化不十分劇烈，河底坡降無突出變化，基本水尺位置未遷移(或雖有移動，但距離很近，落差很小)，則各年的水位流量關系曲線的高水部分常接近平行，可根據(jù)此特性進行高水延長。延長時，將歷年的水位流量關系曲線繪在一起，然后根據(jù)歷年曲線趨勢，參考本年斷面沖淤、比降和流速變化的情況，向上延長。

3.5.5 以斷流水位為控制作低水延長。

(1)根據(jù)測站縱橫斷面資料確定斷流水位:如測站下游有淺灘或石梁，則以其高程作為斷流水位;如測站下游很長距離內河底平坦，則取基本水尺斷面河底最低點高程作斷流水位。這樣求得的斷流水位是比較可靠的。

(2)分析法:在沒有條件采用前法確定斷流水位時，如斷面形狀整齊，延長部分的水位變幅內河寬無變化，又無淺灘、分流等現(xiàn)象，則可采用此法。

4. 盡量減少日平均流量推求的誤差

4.1 用日平均水位直接推求日平均流量的條件和方法。

當水位流量關系曲線較為平直，水位及其它有關水力因素在一日內變化平緩時，可根據(jù)日平均水位直接推求日平均流量。

4.2 用瞬時流量計算日平均流量的條件和方法。

當水位流量關系曲線曲率較大，水位及其它有關水力因素在一日內變化比較大，用面積包圍法。

5. 流量的單站合理性檢查

5.1 近10年水位流量關系曲線對照的方法。

將歷年和本年水位流量、水位面積、水位流速三條關系曲線均繪于同一圖上，并注明年份，流量變幅大的應點繪低水放大圖，用以檢查低水曲線。

5.2 檢查內容宜包括。

5.2.1 高水控制較好、沖淤或回水影響不嚴重時，歷年水位流量關系曲線高水部分的趨勢應基本一致。

5.2.2 歷年水位流量關系曲線低水部分的變化，應該是連續(xù)的，相鄰年份年頭年尾曲線應該銜接或接近一致。

5.2.3 水情相似年份的水位流量關系曲線其變動程度相似。

5.2.4 用相同方法處理的單值化曲線其趨勢應是相似的，如發(fā)現(xiàn)曲線有異常情況應檢查其原因。

5.3 流量與水位過程線對照。

5.3.1 對照圖的繪制:將水位流量過程線繪在同一圖上，必要時在流量過程線圖上繪入各實測流量點子，在水位過程線圖上繪各實測流量的相應水位點子。

5.3.2 檢查內容宜包括。

除沖淤特別嚴重或受變動回水影響及其它特殊因素影響外，兩種過程線的變化趨勢應一致，峰形一般應相似，峰谷相應。

流量過程線上的實測點，不應呈明顯系統(tǒng)偏離，水位過程線上的實測流量點應與過程線基本吻合。

6. 結語

影響水位流量關系的因素很多，在定線時，應加強理論分析，減少經(jīng)驗定線，避免因測驗資料精度影響盲目跑點走線而造成錯誤。

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[文章編號]1619-2737(2010)03-08-25

[作者簡介]劉金良，男，1966年11月，河北省邢臺縣高級工、中專，1989年6月在邢臺水文局野溝門水文站工作;1995年邢臺水文局臨城水庫水文站工作，任站長;1996年邢臺水文局坡底水文站工作，任站長;2003年晉升為高級工;2005年年邢臺水文局柳林水文站工作，任站長至今，研究方向，水文測驗與整編