水位流量关系定线方法.doc

 中图分类号: 文献标识码: B P 331 1 水位流量关系 水位流量关系是用流量与某一断面的水位建 立的, 指测站基本水尺断面的水位与通过该断面 的流量之间的关系。 若测流与水位观测不在同一 断面, 只要两个断面相距不远, 其间无支流汇入 或分出, 可直接建立水位流量关系。 水位流量关 系用实测流量和相应水位来确定, 河流是处于不 断变化的过程中, 其特征常发生变动, 变动有的 是因缓慢的冲刷或淤积而引起的渐变, 也有因河 床变化而引起的突变。另外, 水生植物的生长、衰 败, 冰盖的形成、 融解或者砂石淤垫, 均可引起 临时变动。 按河床的稳定情况, 水位流量关系可分为稳 定的和不稳定的。 河床稳定是指河底和两岸的几 何形状和摩阻特性对时间保持常量。 河床不稳定 是指几何形状和摩阻特性随时间而变。 对于任何 河段, 各种短暂的自然现象或人为活动都会对当 时的水位流量关系产生影响。 对于水文站某一流 量, 回水条件的变动也会引起水位流量关系的不 稳定, 水文站上游条件的变动引起某一水位的平 均行进流速的变动, 也会产生这样的结果, 但这 种影响是次要的。 针对不同的影响因素采用不同 方法确定水位流量关系。 2 水位流量关系分析 水位流量关系可分为稳定的和不稳定的两 类, 稳定的水位流量关系为一条单一曲线, 曲线 形状近似抛物线。 不稳定的水位流量关系则可能 形成一条以上甚至多条曲线, 且曲线形状不一, 变 化复杂。 水位流量关系是否稳定, 主要取决于影 响流量的各水力因素, 用曼宁公式说明。 (R 2/3S 1/2 ) (R 2/3S 1/2 ) V = 式中: /n , Q = A V = A /n Q —流量, m 3 /s; A —断面面积, m 2; V — 断面平均流速, m /s; n —河床糙率; R —水力半径, m , 通常用平均水深d 代替; S —水面比降。由上 式可知, 要使水位流量关系保持稳定, 必须在同 一水位下, A , R , S , n 均保持不变, 或者各因素 虽有变化, 但对水位流量关系的影响能互相补偿。 这样, 同一水位就只有一个相应流量。严格讲, 天 然河道在较长时段内, 几乎不存在这种简单关系, 只是影响程度的大小不同而已, 因为各条河流, 各 个断面的水力因素各不相同, 因此, 每一测站都 有水位流量关系。水力因素也随时间而发生变化, 同一测站水位流量关系也会因时而异。 3 水位流量关系的建立及推算流量的方法 311 稳定的水位流量关系 先用目估方法, 通过点群中心初定一条线, 测 点均匀分布于曲线两旁, 如果测点多而分散, 不 易定出曲线方向时, 用点群分组计算重心的方法 定线。 将初步绘制的曲线分为若干水位级, 在各 水位级的同水位上分别读出流量、面积、流速, 如 果面积与流速的乘积等于流量, 或者其相对误差 不超过±2%～ ±3% , 再计算随机不确定度。 在 水位流量关系曲线的左右两侧, 相距为不确定度 的一对曲线即误差控制曲线。 在误差控制曲线范 围内, 如果上下限的某一边按时间先后顺序或是 在某水位级范围内连续出现 2 个或更多个点子, 收稿日期: 2008- 10- 15 作者简介: 祁盘军 (1961—) , 男, 陕西横山人, 工程师, 大专, 从事水文测验和资料整编。 线。 线精度指标。 1/2 对于单一曲线推流, 应结合测站特性, 应用 插值法或曲线拟合, 用水位推算流量。 插值法有 拉格朗日插值法, 常用的是一元三点插值法, 即 分段抛物线插值。 拟合曲线, 就是给曲线选配适 当的数学模型。目前已经实现了计算机拟合定线, 定出关系曲线并显示各点误差及最终的检验结 果。 对于单一线和临时曲线绘制及推流时段的组 合划分比较容易, 连时序法绳套曲线的绘制及推 流时段划分组合比较复杂, 在实际中不太实用。 312 不稳定的水位流量关系 不稳定的水位流量关系的影响因素较多, 随 其受主要影响因素不同, 水位流量关系中测点分 布也不相同。 对特定流域特定水文站, 测站控制 变动因素基本一致。 黄河流域大多是暴涨暴落性 河流, 其水位流量关系主要是受冲淤影响、 洪水 涨落影响及结冰影响, 多数是受混合因素影响。常 用的定线方法有临时曲线法, 绳套线法。 临时曲 线法适用于不经常性冲淤的测站, 河床有相对稳 定时期, 冲淤变化只集中在比较短暂的时段内, 是 断面变化的过渡时期, 在稳定的时期内, 按定单 一线的要求, 分别定出各稳定时段的水位流量关 系曲线。 在断面变化的过度时期, 根据水位变化 和关系点分布情况, 可分别采用自