永翠河帶嶺站冰期流量整編方法分析

田京楠，孫 侃，田長濤

( 伊春水文局，黑龍江 伊春153000)

0 前 言

冰期流量不僅受結冰期地表徑流和地下徑流的影響，同時還受氣溫、水溫、地溫以及河道內冰凌體的影響，所以變化比較復雜，特別在山區(qū)中小河流更為明顯。受這些因素的綜合影響，河流冰期流量測驗和資料整編工作相對于暢流期都要增添許多難度。根據冰期水位、流量、冰情、氣溫等要素的變化特點，冰期可分為5個階段: 即秋季流冰期、封凍初期、穩(wěn)定封凍期、封凍末期及春季流冰期。除穩(wěn)定封凍期外，其他4個階段都存在著明顯的流量日變化過程，而且日變化過程受氣溫等因素的影響存在著明顯變化規(guī)律。在流量資料整編方面，因為首先要保證定線推流的精度，如果單純要求流量測次足夠多，則會導致測驗工作所花費的人、財、物力的大幅度增加。因此為了既要保證冰期流量測驗精度，滿足資料整編需要，又要盡可能減少工作成本，有必要分析探索冰期流量資料整編的適用方法。本文選擇永翠河帶嶺站多年冰期流量實測數(shù)據來進行最佳流量資料整編方法分析。

1 冰期水位～流量關系特點及資料整編方法簡介

在河道結冰期間，水流有效過水面積減小，磨阻增大，水位～流量關系點子分布與暢流期相比比較散亂，如果沒有特殊冰情( 冰壩、冰塞) 影響，流量主要隨水位而變化，總的趨勢是偏向暢流期曲線的左側，見圖1。即同水位下冰期流量偏小。這一時期的冰期流量推求方法一般常用改正系數(shù)法。改正系數(shù)法是指用暢流期曲線作為標準曲線，用同水位下的冰期流量與暢流期流量相比而得出改正系數(shù)，用各時刻的改正系數(shù)去乘相應暢流期流量即可得出冰期對應時間的冰期流量。改正系數(shù)公式為

當冰期流量經常受冰塞、冰壩等特殊冰情影響時，水位會出現(xiàn)非正常上漲，形成回水頂托現(xiàn)象，此時河道水位與流量的對應關系因受多種不穩(wěn)定因素影響會失真而發(fā)生紊亂。冰期流量有時受氣溫影響也比較明顯，當氣溫在日內波動較大時，會引起的較復雜的冰情變化，從而改變過水斷面的冰情環(huán)境而影響流量的變化，上述情況下一般采用連時序法或連實測流量過程線法，見圖2、3，來推求冰期流量，這兩種方法都要求流量測次較多，而且工作成本較高，但流量推求方法簡單，都是直接在過程線上查讀冰期流量。

圖1 正常情況下冰期與暢流期水位～流量關系曲線對比圖

圖2 冰期連實測流量過程線圖

圖3 連時序法水位～流量關系曲線圖

2 永翠河帶嶺站冰期流量整編方法分析

2.1 測站斷面冰情特征簡介

帶嶺站位于黑龍江省伊春市帶嶺區(qū)，為永翠河出口控制站，屬國家二類精度站，集水面積為677 km2，斷面以上河長61 km，至河口距離為5.7 km，流域多年平均氣溫為1.0℃。冰期最低氣溫為1月，多年均值為－22.9℃，流域冰期最大日溫差變幅為9℃。經歷年實測冰情資料統(tǒng)計( 1981—2010年) ，流域冰期冰情變化規(guī)律較穩(wěn)定，主要冰情現(xiàn)象有岸冰、流冰、冰上流水、岸邊融冰、封凍等，無冰塞、冰壩等特殊冰情現(xiàn)象發(fā)生。河流結冰日期在10月下旬，封凍時間為11月中旬，解凍時間在4月下旬，終冰( 暢流) 時間為5月上旬，河流處于冰期時間長度約200 d，其中封凍天數(shù)約150 d。

2.2 冰期流量資料不同整編方法成果對比分析

目前，連實測流量過程線法是冰期流量資料整編工作中公認的推流精度最高且適合于冰期各種冰情狀況的方法，但該方法要求測流次數(shù)較多，工作成本較高，一般不作為最優(yōu)選擇。本文選用帶嶺站近年來10個年份的實測冰期流量資料，采用上述3 種冰期流量整編方法進行成果對比分析，以推流精度較高的連實測流量過程線法整編成果為標準對其余兩種方法進行精度檢驗，分析檢驗過程見表1?！端馁Y料整編規(guī)范》規(guī)定，在進行流量資料不同整編方法結果精度分析時，若與標準方法所對比分析的流量絕對誤差＜3%，則可采用新方法進行流量資料整編。由分析結果可知，系列樣本中采用連時序法整編流量成果的合格年份有7個，流量測次數(shù)平均減少17%，而改正系數(shù)法的合格年份有9個，流量測次數(shù)平均減少40%。從結果精度檢驗和節(jié)省流量測驗工作量角度來看，改正系數(shù)法比較適合該站冰期流量資料整編。

3 結 語

目前在實際工作中，一些測站冰期常年單一采用連實測流量過程線法來進行流量資料整編，主要原因在于該方法使用環(huán)境的約束條件寬松，不必考慮冰情環(huán)境的具體變化，資料整編推流過程也比較簡單。連實測流量過程線法和連時序法雖然都屬于簡便易懂的冰期流量推求方法，但其最適合于冰期流量受多種無規(guī)律復雜因素影響時來使用，而且這兩種方法都要求流量測次較多，工作成本較高，不適合長期使用。改正系數(shù)法所需流量測次相對較少，只要流量測次能控制水位變化過程且水位無異常變化時，就能夠滿足推求冰期流量的整編精度要求。在山區(qū)小面積流域站，一般冰期水位不受特殊冰情影響而產生異常變化，其水位與流量存在較穩(wěn)定的對應關系，因此帶嶺站適合采用改正系數(shù)法來推求冰期流量，在極個別情況下出現(xiàn)影響水位正常變化過程的特殊冰情時，可短時間內采用連實測流量過程線法，只有這樣才能在保證流量資料整編精度的前提下，以最小的工作成本來實現(xiàn)準確推求冰期流量的目的。

表1 永翠河帶嶺站冰期流量不同整編方法成果對比分析表

［1］鄧先俊. 陸地水文學［M］. 北京:水利電力出版社，1984.

［2］湖北省水利學校. 水文資料整編［M］. 北京:水利水電出版社，1979.

［3］水利部水文局. SL247－1999 水文資料整編規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，1999.