淺析HDP5.0軟件在水文關系曲線定線中的實例應用

楊 晨，魯一未，宋品江

（漢中水文水資源勘測中心,陜西 漢中 723000）

1 軟件簡介及測站概況

1.1 軟件簡介

長委水文局開發的水文資料整編系統5.0（HDP5.0）,為南方片水文資料整編系統2.0（SHDP2.0）的升級版和網絡版,需要在連接網絡的狀態下運行并使用。用戶注冊水文資料整編系統5.0版的管理系統,并分配整編工作,就可以登錄整編程序界面,根據用戶權限,可以進行數據錄入、整編計算、圖形繪制、報表輸出等操作。HDP5.0軟件,基于互聯網,把各個站點的資料、整編人員、審查人員以及管理人員有機地聯系起來,構成一個集資料整編、資料審查、資料復審于一體的系統,對整編原始數據、整編成果,可以通過網絡實時查詢,把成果質量控制的關鍵環節“過程控制”,真正體現出來,能夠顯著提高整編成果質量和工作效率。

Z-Q、單沙-斷沙等關系曲線是依據實測數據并通過圖形形式表現出來的關系圖形,而曲線圖形是由多個分散的節點數據組成的。利用計算機技術對分散的結點數據進行管理,并實現曲線的連接、管理、編輯修改等功能,并形成各類滿足水文資料整編要求的計算成果數據,就是本軟件所要達到的目的。關系曲線圖形計算機處理軟件,建立了獨立的關系曲線圖形管理平臺,能實現關系曲線的擬合及圖形生成、提供較強的圖形編輯功能。該軟件除了具有單一曲線的擬合和編輯功能外,還具有對繩套關系曲線進行曲線擬合和圖形編輯的功能。

1.2 測站簡介

略陽水文站是嘉陵江在陜西省境內的干流控制站,位于陜西省略陽縣縣城城關鎮,設站年份為1939 年8 月。略陽水文站管轄52處雨量站（其中8 處人工雨量站和44處自動雨量站）以及白石溝水位站1 處。監測項目有：水位、流量、含沙量、降水、蒸發、泥顆。控制河長平均比降7.01‰,多年平均降水量763.9 mm,多年平均蒸發量為689.1 mm。多年平均流量115 m3/s,多年平均徑流量36.3×108m3,7月～9月徑流量占全年徑流量的60%以上,多年平均含沙量5.62 kg/m3,多年平均輸沙率 646 kg/s,多年平均輸沙量為2138×104t,1981 年8 月22 日實測最大流量8630 m3/s。目前,略陽水文站流量測驗方法為纜道法、中泓浮標法和手持式電波流速儀法。該站測驗河段位于較大彎道中間,河道順直長度約500 m左右,斷面上游300 m處為鐵路大橋,斷面下游500 m處為嘉陵江大橋,斷面以下1500 m處左岸有八渡河、東渡河匯入。河道呈現急彎,河床由砂礫石組成,左岸為人工河堤,上部為公路,觀測房位于右岸,設有上、中、下三個斷面,上下比降斷面與浮標斷面基本重合,其間距為200 m。

2 人工定線與HDP5.0軟件定線對比

2.1 資料選取

本文選取略陽水文站2020年1月～10月水位、實測流量、單沙和斷沙資料。

2.2 人工定線

對略陽水文站2020年1～10月Z-Q、單斷沙關系曲線進行人工定線。

2.2.1 Z-Q關系曲線人工定線

略陽水文站2020 年1月～10月人工定線為4 條線,主線為2 線、3 線,貫穿全年最大洪水；全年最大洪水在4000 m3/s出現繩套,主要是斷面下游1500 m處有卡口,水流不暢造成基本斷面雍水而形成。河道為砂礫石河床,斷面變化在不同級洪水各不相同,正常情況斷面有沖淤互補作用。本年度未出現實測流量奇異值,最大誤差為21 次流量,誤差為7.7%,其它測次流量誤差均在4%以下,檢驗2 線、3 線,隨機不確定度分別為4%、4.4%,其它均滿足規范要求；1 線與4 線流量測次均小于10 次,不做符號檢驗、適線檢驗和偏離檢驗。

略陽水文站2020 年1 月至10月Z-Q關系曲線人工定線推流成果：平均流量174 m3/s,徑流量54.97×108m3,徑流模數9.06×10-3m3/（s·km2）,徑流深度286.2 mm,最大1日洪量3.551×108m3,最大3日洪量9.288×108m3,最大7日洪量13.27×108m3,最大15日洪量19.08×108m3,最大30日洪量24.18×108m3,最大60日洪量32.28×108m3。

2.2.2 單斷沙關系曲線人工定線

略陽水文站2020年1月～10月單斷沙關系曲線為歷年綜合單斷沙關系曲線,為45°直線。1月～10月單斷沙關系曲線人工定線推沙成果：平均含沙量4.17 kg/m3,平均輸沙率725 kg/s,輸沙量2290×104t,輸沙模數1190 t/km2。

2.3 HDP5.0軟件定線

對略陽水文站2020年1月～10月Z-Q、單斷沙關系曲線進行HDP5.0軟件定線。

2.3.1 Z-Q關系曲線HDP5.0軟件定線

為體現HDP5.0軟件定線與人工定線的對比性、同步性,略陽水文站2020年1月～10月Z-Q關系曲線HDP5.0軟件定線也為4 條線,主線為2線、3線,貫穿全年最大洪水；全年最大洪水在4000 m3/s出現繩套,HDP5.0軟件定線推流時段與人工定線推流時段相同（結點不同）。

HDP5.0軟件在水文關系曲線定線中,操作簡便,性能穩定,計算、繪圖準確,檢驗結果同步顯示,調線方便,極大地提高了工作效率。圖形管理方面,具有方便的關系曲線圖形顯示、查看的功能,能實現實時縮放、實時平移、窗口放大、線形繪制及自動生成、對象選擇、對象刪除等一般的圖形管理操作。圖形生成方面,對于實測水文資料或已有節點數據,能生成或擬合單一的Z-Q 關系曲線、連時序法（繩套）Z-Q 關系曲線。圖形編輯方面,圖形修改方法多種,鼠標修改線形、鍵盤移動節點,圖形實時顯示,鼠標、鍵盤、圖形、節點數據同步操作,實現人性化的圖形編輯功能。曲線管理方面,對于多條推流曲線的連時序法（繩套）Z-Q關系曲線,具有曲線合并、曲線拆分、部分重疊等功能,并提供輔助定線窗體,顯示相關輔助曲線,供定線操作參考。數據庫管理方面,將編輯的關系曲線存入數據庫,并在數據庫內部進行復制和轉換。誤差統計方面,編輯曲線的同時,能夠實時統計、計算并顯示實測點相對誤差、三線檢驗誤差、相關計算誤差。

如圖1（2線定線界面）、圖2（3線定線界面）所示,右側信息欄顯示符號檢驗、適線檢驗、偏離檢驗、不確定度及系統誤差均為“合格”。

圖1 2線定線界面

略陽水文站2020年1月至10月Z-Q關系曲線HDP50.0軟件定線推流成果：平均流量173 m3/s,徑流量54.84×108m3,徑流模數9.01×10-3m3/（s·km2）,徑流深度285.5mm,最大1日洪量3.551×108m3,最大3日洪量9.297×108m3,最大7日洪量13.27×108m3,最大15日洪量19.09×108m3,最大30日洪量24.17×108m3,最大60日洪量32.20×108m3。

2.3.2 單斷沙關系曲線HDP5.0軟件定線

HDP5.0軟件定線生成后的單斷沙關系曲線同為45°直線。如圖3,生成的關系線將只有首尾兩個節點,右側信息欄顯示符號檢驗、適線檢驗、偏離檢驗、不確定度及系統誤差均為“合格”。

略陽水文站2020年 1月至10月單斷沙關系曲線人工定線推沙成果：平均含沙量4.20 kg/m3,平均輸沙率726 kg/s,輸沙量2300×104t,輸沙模數1200 t/km2。

2.4 人工定線與HDP5.0軟件定線對比分析

表1為略陽水文站2020年1月至10月Z-Q、單斷沙關系曲線HDP5.0軟件定線與人工定線各項特征值誤差分析表。從表中可以看到各項特征值相對誤差較小,表明在基層水文測站日常工作中完全可以使用HDP5.0軟件來完成水文關系曲線定線工作。與傳統人工定線相比,HDP5.0軟件定線界面友好、操作簡便,更加快捷,從而達到解放人力、提高工作效率的作用。

表1 若羌河流域水資源配置表 單位：萬 m3

3 圖形設置打印

圖形輸出：可以根據用戶需要,指定任意比例、任意圖幅大小的打印輸出。可以對調整設置好的打印圖形按比例轉換成dxf 圖形格式,可以在AutoCAD 圖形管理平臺上顯示、打印圖形。圖4為略陽水文站2020年1月～10月HDP5.0軟件定線圖形設置打印界面。

圖4 略陽水文站 2020年HDP5.0軟件定線圖形設置打印界面

4 結論

水文資料整編系統5.0軟件（HDP5.0）,基于互聯網,把各個站點的資料、整編人員、審查人員以及管理人員有機地聯系起來,構成一個集資料整編、資料審查、資料復審的于一體的系統,對整編原始數據、整編成果,可以通過網絡實時查詢。基層水文測站日常工作中完全可以使用HDP5.0 軟件來完成水文關系曲線定線工作。HDP5.0 軟件在水文關系曲線定線方面,操作方便,性能穩定,計算、繪圖準確,檢驗結果同步顯示,調線方便,是目前水文資料整編中較為實用的軟件之一,極大地提高了基層水文測站工作效率,將水文工作者從繁雜的人工繪圖中解放出來,滿足基層水文測站水文資料即時整編、“日清月結”的工作需求。