河道流量演算預(yù)報(bào)實(shí)例應(yīng)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(yīng)用

河道流量演算預(yù)報(bào)實(shí)例應(yīng)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(yù)報(bào)是某一河段內(nèi)上、下游斷面之間流量預(yù)報(bào)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(chǔ)，通過(guò)實(shí)例流域?qū)υ摲椒ㄟM(jìn)行了應(yīng)用分析和探討。對(duì)實(shí)際預(yù)報(bào)工作中使用該方法須注意的要點(diǎn)和無(wú)法回避的問(wèn)題提出了解決辦法和建議。主要體現(xiàn)在如何解決預(yù)報(bào)河段上下斷面之間區(qū)間匯入流量具體計(jì)算方法；公式參數(shù)取值范圍選取和應(yīng)用計(jì)算機(jī)優(yōu)選公式參數(shù)的方法等方面。

流量演算法；演算預(yù)報(bào)；應(yīng)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(guān)系對(duì)水流進(jìn)行定量計(jì)算的方法。它是河道不穩(wěn)定流的一種簡(jiǎn)解法。這種方法可以由河段上斷面流量過(guò)程直接演算出下斷面流量過(guò)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(lái)進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用分析。

1 馬斯京根流量演算法簡(jiǎn)介

本方法因最早用于美國(guó)的馬斯京根河而得名。演算時(shí)，根據(jù)事先推求的帶有系數(shù)的演算公式進(jìn)行，又稱(chēng)系數(shù)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(guān)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(guān)系，即Q′=xQ上+yQ下，x、y為流量權(quán)重?cái)?shù)，推導(dǎo)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(yīng)用時(shí)，已知上游站入流過(guò)程Q上(t)和下游站起始時(shí)刻出流量Q下1，代入公式可推得出流過(guò)程Q下(t)。傳統(tǒng)方法方程系數(shù)計(jì)算公式為：

(1)

式中：△t由人為選定，約等于斷面間洪水傳播時(shí)間r，k值為W～Q直線的坡度，實(shí)際使用時(shí)約等于△t，X值一般在0～0.5，計(jì)算方法有實(shí)測(cè)流量試算法、公式法和利用特征河長(zhǎng)計(jì)算法3種，試算法和利用特征河長(zhǎng)計(jì)算法計(jì)算過(guò)程比較繁瑣但精度較高，利用特征河長(zhǎng)計(jì)算法計(jì)算公式為：

(2)

2 實(shí)例流域應(yīng)用分析

2.1 流域概況及預(yù)報(bào)方法簡(jiǎn)介

選擇湯旺河干流上游五營(yíng)站至伊新站河段來(lái)進(jìn)行流量演算預(yù)報(bào)分析。五營(yíng)站集水面積4 160 km2，該站至下游伊新站河段長(zhǎng)98 km。伊新站集水面積10 272 km2，兩站區(qū)間集水面積6 112 km2，占伊新站面積的59.5%，占五營(yíng)站面積的147%。伊新站洪水分別來(lái)自五營(yíng)站上游來(lái)水和五營(yíng)至伊新站區(qū)間流域的支流來(lái)水。流域概況簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1流域概況簡(jiǎn)圖

流量演算時(shí)選擇多場(chǎng)次代表性較好的較高水位級(jí)的場(chǎng)次洪水經(jīng)綜合分析取舍來(lái)確定公式系數(shù)。首先采用傳統(tǒng)計(jì)算方法確定公式系數(shù)，然后用參數(shù)優(yōu)選法來(lái)確定公式系數(shù)，最后對(duì)兩種方法進(jìn)行對(duì)比分析。由于河段內(nèi)上下斷面區(qū)間面積較大，必須加入?yún)^(qū)間入流共同計(jì)入上游來(lái)水[1]。區(qū)間支流伊春河來(lái)水可由伊春站實(shí)測(cè)洪水過(guò)程錯(cuò)開(kāi)傳播時(shí)間直接加入，其余部分入流通過(guò)與伊新站面積倍比關(guān)系求出，參數(shù)x采用特征河長(zhǎng)法計(jì)算。

2.2 特征河長(zhǎng)計(jì)算

通常情況下河段內(nèi)的w與Q不是單一的線性關(guān)系，只有在某一特定的河段長(zhǎng)度內(nèi)二者才是單一關(guān)系，這個(gè)特定的河長(zhǎng)就是某一河段的特征河長(zhǎng)。特征河長(zhǎng)計(jì)算公式為：

(3)

圖2 伊新站穩(wěn)定流水位～流量關(guān)系曲線

圖3 伊新站水位與五營(yíng)至伊新站斷面比降關(guān)系曲線

表1 湯旺河五營(yíng)站至伊新站河段特征河長(zhǎng)計(jì)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(yíng)～伊新站參數(shù)計(jì)算法流量演算表

3 結(jié) 語(yǔ)

以上兩種確定馬斯京根流量演算公式系數(shù)的方法所預(yù)報(bào)的洪峰流量誤差分別為13.9%和11.2%，均滿足預(yù)報(bào)精度要求。參數(shù)優(yōu)選法預(yù)報(bào)精度略高于手工計(jì)算法。參數(shù)優(yōu)選法將河段區(qū)間影響因素作為綜合整體來(lái)考慮，其方法的嚴(yán)密性和方便靈活性都要優(yōu)于傳統(tǒng)計(jì)算方法。

表3 湯旺河五營(yíng)～伊新站參數(shù)優(yōu)選求解法流量演算表

預(yù)報(bào)斷面來(lái)水在加入?yún)^(qū)間入流時(shí)要根據(jù)支流測(cè)站實(shí)際來(lái)水情況按計(jì)算時(shí)段并考慮洪水傳播時(shí)間與上游站流量進(jìn)行疊加。對(duì)于無(wú)測(cè)站控制的區(qū)間來(lái)水應(yīng)根據(jù)區(qū)間降雨情況應(yīng)用產(chǎn)流方案對(duì)區(qū)間匯流進(jìn)行預(yù)估。無(wú)產(chǎn)流方案區(qū)間建議采用與斷面實(shí)測(cè)流量面積倍比系數(shù)法來(lái)進(jìn)行預(yù)估。因參數(shù)優(yōu)選法方便快捷，建議對(duì)河段分不同水位級(jí)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選，以便根據(jù)不同水情分別使用適合的公式系數(shù)來(lái)進(jìn)行流量演算預(yù)報(bào)。本文所舉實(shí)例代表性有限，所述結(jié)論有待進(jìn)一步驗(yàn)證，僅供參考。

[1]葛守西.現(xiàn)代洪水預(yù)報(bào)技術(shù)[M].北京：中國(guó)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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