河道流量演算預報實例應用分析與探討

李向東

(佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

推廣應用

河道流量演算預報實例應用分析與探討

李向東

(佳木斯水文局，黑龍江 佳木斯 154002)

河道流量演算預報是某一河段內上、下游斷面之間流量預報的常用方法之一。文章以馬斯京根河道流量演算法基本原理為基礎，通過實例流域對該方法進行了應用分析和探討。對實際預報工作中使用該方法須注意的要點和無法回避的問題提出了解決辦法和建議。主要體現在如何解決預報河段上下斷面之間區間匯入流量具體計算方法；公式參數取值范圍選取和應用計算機優選公式參數的方法等方面。

流量演算法；演算預報；應用分析

流量演算法是從分析河段水流的水量與能量變化入手，用槽蓄關系對水流進行定量計算的方法。它是河道不穩定流的一種簡解法。這種方法可以由河段上斷面流量過程直接演算出下斷面流量過程。目前普遍采用的河道流量演算方法主要有馬斯京根法和河道流量匯流曲線法，本文以馬斯京根法為例來進行實例應用分析。

1 馬斯京根流量演算法簡介

本方法因最早用于美國的馬斯京根河而得名。演算時，根據事先推求的帶有系數的演算公式進行，又稱系數法。該方法以W=f(Q′)為河段槽蓄曲線。假定Q′與W是單一直線關系，即W=KQ′，式中Q′是上下游流量的綜合值，假定Q′與上、下游流量是線性關系，即Q′=xQ上+yQ下，x、y為流量權重數，推導成流量演算公式為Q下2=C0Q上2+C1Q上1+C2Q下1。上式即為馬斯京根法的流量演算公式。應用時，已知上游站入流過程Q上(t)和下游站起始時刻出流量Q下1，代入公式可推得出流過程Q下(t)。傳統方法方程系數計算公式為：

(1)

式中：△t由人為選定，約等于斷面間洪水傳播時間r，k值為W～Q直線的坡度，實際使用時約等于△t，X值一般在0～0.5，計算方法有實測流量試算法、公式法和利用特征河長計算法3種，試算法和利用特征河長計算法計算過程比較繁瑣但精度較高，利用特征河長計算法計算公式為：

(2)

2 實例流域應用分析

2.1 流域概況及預報方法簡介

選擇湯旺河干流上游五營站至伊新站河段來進行流量演算預報分析。五營站集水面積4 160 km2，該站至下游伊新站河段長98 km。伊新站集水面積10 272 km2，兩站區間集水面積6 112 km2，占伊新站面積的59.5%，占五營站面積的147%。伊新站洪水分別來自五營站上游來水和五營至伊新站區間流域的支流來水。流域概況簡圖見圖1。

圖1流域概況簡圖

流量演算時選擇多場次代表性較好的較高水位級的場次洪水經綜合分析取舍來確定公式系數。首先采用傳統計算方法確定公式系數，然后用參數優選法來確定公式系數，最后對兩種方法進行對比分析。由于河段內上下斷面區間面積較大，必須加入區間入流共同計入上游來水[1]。區間支流伊春河來水可由伊春站實測洪水過程錯開傳播時間直接加入，其余部分入流通過與伊新站面積倍比關系求出，參數x采用特征河長法計算。

2.2 特征河長計算

通常情況下河段內的w與Q不是單一的線性關系，只有在某一特定的河段長度內二者才是單一關系，這個特定的河長就是某一河段的特征河長。特征河長計算公式為：

(3)

圖2 伊新站穩定流水位～流量關系曲線

圖3 伊新站水位與五營至伊新站斷面比降關系曲線

表1 湯旺河五營站至伊新站河段特征河長計算表

2.3 伊新站馬斯京根法河道流量演算分析

表2 湯旺河五營～伊新站參數計算法流量演算表

3 結 語

以上兩種確定馬斯京根流量演算公式系數的方法所預報的洪峰流量誤差分別為13.9%和11.2%，均滿足預報精度要求。參數優選法預報精度略高于手工計算法。參數優選法將河段區間影響因素作為綜合整體來考慮，其方法的嚴密性和方便靈活性都要優于傳統計算方法。

表3 湯旺河五營～伊新站參數優選求解法流量演算表

預報斷面來水在加入區間入流時要根據支流測站實際來水情況按計算時段并考慮洪水傳播時間與上游站流量進行疊加。對于無測站控制的區間來水應根據區間降雨情況應用產流方案對區間匯流進行預估。無產流方案區間建議采用與斷面實測流量面積倍比系數法來進行預估。因參數優選法方便快捷，建議對河段分不同水位級進行參數優選，以便根據不同水情分別使用適合的公式系數來進行流量演算預報。本文所舉實例代表性有限，所述結論有待進一步驗證，僅供參考。

[1]葛守西.現代洪水預報技術[M].北京：中國水利水電出版社，1999：24-25.

1007-7596(2014)12-0196-03

2014-10-14

李向東(1962-)，男，黑龍江樺南人，助理工程師。

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