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        水位流量關(guān)系曲線的定線方法分析

        2015-08-15 00:51:34蕪湖水文水資源局宣城水文勘測隊(duì)安徽宣城242000
        江西建材 2015年8期
        關(guān)鍵詞:繩套定線水文

        ■郝 嘉 ■蕪湖水文水資源局宣城水文勘測隊(duì),安徽 宣城 242000

        在進(jìn)行水文資料整編時,水文檢驗(yàn)是資料整編的基礎(chǔ)部分,只有確保水文檢驗(yàn)質(zhì)量符合相關(guān)規(guī)定,才能獲得良好的整編效果,才能為水文計算、水文預(yù)報等提供準(zhǔn)確依據(jù)。在水文資料整編中,水位流量關(guān)系定線是十分重要的,目前,在進(jìn)行水位流量關(guān)系定線時,經(jīng)常會采用連時序法,這種方法適用于實(shí)測流量點(diǎn)比較多的情況,但對于實(shí)測點(diǎn)少的情況,采用這種方法需要進(jìn)行大量的分析工作,下面就水位流量關(guān)系曲線定線方法進(jìn)行分析。

        1 水位流量關(guān)系曲線的相關(guān)概述

        水位流量關(guān)系曲線是指基本水尺斷面的水位,和本斷面流量之間的關(guān)系。一般情況下,測站控制效果比較好時,水位流量關(guān)系是單一線,也就是說水位流量關(guān)系曲線比較穩(wěn)定,而受到洪水漲落、沖淤、洪水變動等因素的影響,水位流量關(guān)系曲線會發(fā)生變化,因此,在進(jìn)行水位流量關(guān)系曲線定線時,首先要對相關(guān)資料進(jìn)行收集、分析,了解測站周圍河流形式。并對各種影響因素進(jìn)行詳細(xì)的分析,根據(jù)實(shí)測點(diǎn)子的走向初步判斷水位流量關(guān)系類型,結(jié)合實(shí)際情況,確定水位流量關(guān)系曲線。

        穩(wěn)定水位流量關(guān)系是指在一定時間內(nèi),斷面的實(shí)測流量和相對應(yīng)的點(diǎn)距密集分布,能用一條單一的曲線進(jìn)行表示。一般情況下,水文測站斷面會盡量選在基本穩(wěn)定條件的位置,必要的時候,會此采用人工鋪設(shè)固定河床,或者在斷面下游構(gòu)建攔河堤堰等方式創(chuàng)建穩(wěn)定的條件。

        不穩(wěn)定水位流量關(guān)系是指受各種因素的影響,實(shí)測流量和相對應(yīng)的水位點(diǎn)距難以密集分布,無法采用單一的曲線進(jìn)行表示,也就是說同一個水位,存在多個流量。對于不穩(wěn)定水位流量,必須根據(jù)其影響因素,對其進(jìn)行處理,只有這樣才能確保水文資料整編的可靠性,常用的處理方法有:水位流量關(guān)系受到洪水漲落影響時,將流量看成水位與水位變率函數(shù)進(jìn)行處理;水位流量受到變動回水的影響時,將流量看做水位和周圍河段水面落差函數(shù)進(jìn)行處理;對于一些特殊的不穩(wěn)定情況,可以將流量看成是水位和時間的函數(shù)進(jìn)行處理;當(dāng)不穩(wěn)定水位流量關(guān)系中,在某一個時間段處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)時,可以對其進(jìn)行分期定線,在水位流量關(guān)系圖中,根據(jù)實(shí)測點(diǎn)的時序,繪制變動軌跡曲線。

        2 水位流量關(guān)系曲線定線方法

        2.1 穩(wěn)定水位流量關(guān)系

        水位流量關(guān)系點(diǎn)距呈現(xiàn)單一趨勢時,可以判斷該水位流量關(guān)系為穩(wěn)定水位流量關(guān)系,一般情況下,這種水位流量關(guān)系大多出現(xiàn)在山區(qū)河流比較多的區(qū)域。設(shè)天然河流的水流可以看成穩(wěn)定不均勻流,流速為:V=(1/n)·R2/3I1/2e≈(1/n)·R2/3I1/2,其中Ie表示能面比降,I表示水面比降。根據(jù)河流流速可以得出斷面流量為:Q=F·V=F·(1/n)·R2/3I1/2=f(G,Ω,n,I),其中G表示水位;Ω表示斷面形狀;n表示糙率。從以上公式可以看出,流量Q和水位、斷面形狀、糙率、水面比降等呈函數(shù)關(guān)系,要想確保水位流量關(guān)系線的單一,需要滿足以下幾種情況:(1)在相同水位下,斷面形狀Ω、糙率n、水面比降I發(fā)生的變化正好與它們對水流量大小的影響相互抵消;(2)在相同水位下,斷面形狀Ω、糙率n、水面比降I等沒有發(fā)生變化。一般情況下,第一種情況出現(xiàn)的可能性很少,這就說明,要想保持水位流量關(guān)系的穩(wěn)定、單一,就需要保證測站不受洪水漲落、變動回水的影響,不受沖淤的影響,不受水草的影響,即不受水面比降I的影響,不受斷面形狀Ω的影響,也不受糙率n的影響。

        2.2 洪水漲落影響

        當(dāng)實(shí)測點(diǎn)呈現(xiàn)逆時針繩套關(guān)系時,基本上可以判斷水位流量關(guān)系受洪水漲落的影響,洪水漲落下不穩(wěn)定流量為,其中ΔI表示附加比降;I表示穩(wěn)定水面比降;Q00表示穩(wěn)定流量;ΔG/Δt表示漲率。從以上公式可以看出:(1)洪水在上漲時,ΔI為正數(shù),即Q比Q0大;洪水在下落時,ΔI為負(fù)數(shù),即Q比Q0小,因此,對于一次洪水漲落下的水位流量關(guān)系,呈現(xiàn)逆時針繩套曲線;(2)穩(wěn)定水面比降和漲率對逆時針繩套曲線大小有很大的影響,根據(jù)公可以看出,漲率ΔG/Δt越大,Q和 Q差值越0大,漲率ΔG/Δt越小,Q和Q0差值越小,也就是水位漲落越急,過程線越尖瘦,而繩套越胖;水位漲落越平緩,過程線就越矮胖,而繩套則更加瘦。

        當(dāng)上游來水相同時,也就是說ΔI相同時,平原河流繩套要比山區(qū)河流的繩套大,其主要原因是平原河流的水面比降I0比山區(qū)河流穩(wěn)定流的水面比降I0小很多,從以上公式可以看出,ΔI/I越小,Q和Q0越接近,由于山區(qū)河流附加比降ΔI對于水面比降I0而言,權(quán)重比較小,因此,山區(qū)河流水位流量大多是單一線。同時為進(jìn)一步了解洪水漲落對測站的影響,需要對上游來水情況、水利因素極值等進(jìn)行詳細(xì)的分析,然后采用抵償河長法、矯正因素法等方法輔助定線。

        2.3 變動回水影響

        對于測站實(shí)測點(diǎn)比較散亂,實(shí)測點(diǎn)呈現(xiàn)正反八字、順時針繩套等不規(guī)則形狀時,需要對變動回水對水位流量關(guān)系曲線的影響進(jìn)行分析。變動回水的影響主要是下游水位發(fā)生改變時,對測流斷面造成的影響,水位流量關(guān)系和本站水情、下游水體水情變化等有關(guān)系,因此,在進(jìn)行分析時,首先要對下游各個水體、支流的水情變化情況進(jìn)行分析,從而下游水體是否對測站斷面有頂托作用,然后根據(jù)各種資料,結(jié)合實(shí)際情況,采用定落差發(fā)、正常落差法、等落差法等方法輔助定線。

        對于受洪水漲落和變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,都是通過水面比降對流速造成影響,從而對流量造成影響,但這兩者存在一定的差異,對于洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線,水位G和流量Q是按時序連成的逆時針繩套,而變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線則呈無規(guī)則狀態(tài);洪水漲落影響與下游水位的關(guān)系不太大,而變動回水影響和下游水位變化情況有很大的關(guān)系;洪水漲落影響主要是利用漲落率來體現(xiàn)水面比降的變化,而變動回水主要是對落差進(jìn)行分析;同時洪水漲落影響的水位流量呈現(xiàn)穩(wěn)定流,而變動回水影響的水位流量呈現(xiàn)不穩(wěn)定流。

        2.4 沖淤影響

        對于受沖淤影響的水位流量關(guān)系曲線,可以從以下幾個方面進(jìn)行分析:繪制同水位面積過程線和平均河底高程進(jìn)行分析;采用挾沙能力進(jìn)行分析;利用水位面積關(guān)系切線進(jìn)行分析。當(dāng)水位流量曲線受到?jīng)_淤影響時,可以采用改正水位法、臨時曲線法等方法進(jìn)行輔助定線。

        3 水位流量關(guān)系曲線定線誤差

        水位流量關(guān)系曲線定線誤差,即測站實(shí)測流量偏離水位流量關(guān)系曲線的標(biāo)準(zhǔn)差,是反映實(shí)測點(diǎn)散亂情況的一個指標(biāo),實(shí)測點(diǎn)越散亂,數(shù)量越少,則水位流量關(guān)系曲線的可靠性越差。水位流量關(guān)系曲線定線誤差可以看成是以實(shí)測流量為真實(shí)流量,和估計量的標(biāo)準(zhǔn)差,通過對水位流量關(guān)系曲線定線誤差進(jìn)行分析,能有效地提高水位流量關(guān)系曲線精確度。

        在水位資料整編的相關(guān)規(guī)范中,對于穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線,需要計算關(guān)系點(diǎn)對關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差、隨機(jī)不確定度,從而對定線精度進(jìn)行評價。對于測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)1差,可以按照以下公式進(jìn)行計算:St=差;n表示實(shí)測點(diǎn)總數(shù);Qi表示第i次實(shí)測流量;Qti表示第i次實(shí)測流量Qi的相應(yīng)曲線流量。隨機(jī)不確定度可以根據(jù)以下公式進(jìn)行計算:XQ=2St,其中XQ表示置信水平為95%的隨機(jī)不確定度。

        4 總結(jié)

        水位流量關(guān)系有穩(wěn)定狀態(tài),也有不穩(wěn)定狀態(tài),一般情況下,由于流量測驗(yàn)技術(shù)的成本比較大,操作比較復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測,因此,常采用連讀觀讀水位的方式,對水位流量關(guān)系進(jìn)行計算,并轉(zhuǎn)換成連續(xù)流量關(guān)系,從而為水位預(yù)報、水文計算提供參考。

        [1]曹丹,黃曉秋.淺析水文資料整編中水位流量關(guān)系曲線的定線方法[J].中國科技博覽,2010,(36):367.

        [2]婁丹,李穎,韓玉梅.實(shí)測水位流量關(guān)系曲線定線誤分析[J].黑龍江水利科技,2009,37(04):21.

        [3]程銀才,范世香.基于門限回歸的穩(wěn)定水位流量關(guān)系曲線定線方法[J].水文,2013,(04):144-145.

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