隔蒲潭站水位流量關(guān)系單值化分析

摘 要：天然河道的水文測(cè)驗(yàn)河段易受斷面沖淤、洪水漲落、變動(dòng)回水等綜合因素影響，致水位流量關(guān)系復(fù)雜，從而增加流量測(cè)驗(yàn)難度。鑒于此，需選用合適的分析方法使水位流量關(guān)系單一化。本文通過(guò)對(duì)隔蒲潭站測(cè)站特性和實(shí)測(cè)水文資料的分析，發(fā)現(xiàn)選用落差指數(shù)法可使其水位流量呈單值關(guān)系，不僅解決了實(shí)際問(wèn)題，而且為類似站提供了可借鑒方法。

關(guān)鍵詞：水位流量關(guān)系 單值化 分析

中圖分類號(hào)：P337 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

1 基本情況

1.1 水文氣象條件

隔蒲潭水文站地處亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，春暖夏熱、秋涼冬寒、氣候濕潤(rùn)，雨量充沛，四季分明，多年平均降水量1000～1200mm。降水量年內(nèi)分配嚴(yán)重不均，5～8月降水量占全年的70%以上。年際間的降水量相差較大，最大年與最小年降水差值達(dá)988mm。

1.2 地理位置

隔蒲潭水文站地處江漢平原北部，位于湖北省孝感市云夢(mèng)縣隔蒲潭鎮(zhèn)，為國(guó)家重要站，屬中央報(bào)汛站。該站始建于1962年，集水面積8812km2，為一類精度站，其測(cè)驗(yàn)河段位于隔蒲潭鎮(zhèn)南邊，為涢水干流重要水文控制站，下游18km處與澴水匯合成府澴河，由武漢諶家磯段流入長(zhǎng)江。該站地理位置見(jiàn)圖1。

圖1 隔蒲潭站地理位置示意圖

2 測(cè)驗(yàn)河段情況

隔蒲潭水文站測(cè)驗(yàn)河段位于云夢(mèng)縣隔蒲潭鎮(zhèn)，中、高水測(cè)驗(yàn)河段順直，兩岸為堤防控制，漫灘水位約29.00m，中、高水河寬約550m。河床由沙壤土組成，主槽無(wú)水草，灘地種有農(nóng)作物和蔬菜。低水無(wú)岔流、串溝、逆流等?；?10m有鐵路橋一座、基上400m有公路橋一座、基上450m有鐵路橋一座。2010年初云夢(mèng)縣政府為滿足灌溉、城市景觀、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，在斷面上游9km處建有橡膠壩一座。低水受上游安陸解放山電站放水發(fā)電影響和橡膠壩蓄、放水影響，中、高水受洪水漲落影響和長(zhǎng)江洪水頂托影響。

水位級(jí)劃分：24.40m以下為低水，24.40～28.50m為中水，28.50m以上為高水。

3 水位流量關(guān)系單值化分析

3.1資料使用情況

隔蒲潭站歷年來(lái)采用連時(shí)序法定線推流，其中為探索落差指數(shù)法的可能性，在該站下游護(hù)子潭站設(shè)立了一組水尺收集資料進(jìn)行試驗(yàn)，兩站相距約6km，護(hù)子潭站分別于1985年7～9月和1986年6～12月進(jìn)行8時(shí)、20時(shí)二段制人工制觀測(cè)水位，在此期間所觀測(cè)的水位變幅為22.00～27.19m，與之同步的隔蒲潭站水位變幅為22.39～27.47m，流量測(cè)次為86次，給合理性分析選用了70次。點(diǎn)繪隔蒲潭、護(hù)子潭站水位過(guò)程線見(jiàn)圖2：

圖2 隔蒲潭、護(hù)子潭站水位過(guò)程線圖

通過(guò)對(duì)照兩站水位過(guò)程線及落差變化趨勢(shì)，從圖2可以看出兩站水位相關(guān)性比較好。

3.2 分析方法

3.2.1基本原理

隔蒲站測(cè)驗(yàn)河段順直，斷面基本穩(wěn)定，主要受變動(dòng)回水和洪水漲落綜合影響，故選用落差指數(shù)法進(jìn)行分析研究。落差指數(shù)法是根據(jù)落差法的基本公式來(lái)進(jìn)行整編的，由

變?yōu)椋?。

式中：

Q1、Q2為同水位不同落差的流量，m3/s；

Z上、Z下為上、下斷面同時(shí)水位，m；

△Z1、△Z2為與Q1、Q2相應(yīng)的落差，m，其中：△Z=Z上-Z下；

β為落差指數(shù)；q為流量與落差β次方之比。

在同水位下，Q/（△Z）β為一常數(shù)，即Q/（△Z）β是水位的單值函數(shù)，Q/（△Z）β=f（z）為單一關(guān)系。在率定Q/（△Z）β=f（z）的關(guān)系曲線時(shí)，由于z、Q、△Z都為實(shí)測(cè)值，關(guān)鍵是“β”值的求解。落差指數(shù)法是通過(guò)試算，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差最小原則來(lái)優(yōu)選β值。

3.2.2具體方法

用實(shí)測(cè)流量Qi及相應(yīng)水位Zi和落差△Zi來(lái)率定落差指數(shù)β和Z～Q/（△Z）β關(guān)系曲線。首先假設(shè)一“β”，然后根據(jù)實(shí)測(cè)流量及相應(yīng)落差，計(jì)算qi=Qi/（△Z）β初值，點(diǎn)繪Zi-qi關(guān)系線，求出關(guān)系點(diǎn)偏離關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差Se1。再假設(shè)一“β”值，重復(fù)上述步驟，又求出標(biāo)準(zhǔn)差Se2，Se1與Se2比較，假設(shè)幾個(gè)β之后，就可以優(yōu)選出最小的標(biāo)準(zhǔn)差Se相應(yīng)的β值。根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL 247—2012）落差指數(shù)β一般取值范圍為0.20～0.80，經(jīng)分析采用β=0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50進(jìn)行試算，每假設(shè)一β值，由實(shí)測(cè)流量及相應(yīng)落差可計(jì)算qi，點(diǎn)繪一條zi-qi關(guān)系線，然后計(jì)算關(guān)系點(diǎn)偏離關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差Sei，由此可得到落差指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差的關(guān)系，見(jiàn)表1。

圖3 隔蒲潭站落差指數(shù)法落差指數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差關(guān)系圖

從圖3可以得到最小的標(biāo)準(zhǔn)差Se=2.24%，此時(shí)的Se再與《水文資料整編規(guī)范》（SL 247—2012）規(guī)定的水力因數(shù)型方法定線標(biāo)準(zhǔn)比較，符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則此時(shí)的β=0.42和Z-Q/（△Z）β關(guān)系曲線即為所求，見(jiàn)圖4。

圖4 隔蒲潭站落差指數(shù)法所定z～Q/（△Z）β關(guān)系曲線圖

Z-Q/（△Z）β關(guān)系曲線誤差統(tǒng)計(jì)及成果檢驗(yàn)見(jiàn)表2。

4 結(jié)語(yǔ)

隔蒲潭站采用低、中水實(shí)測(cè)水文資料測(cè)次70次，經(jīng)分析資料合理可靠。根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定：采用水力因素法定線精度指標(biāo)為：一類精度水文站：系統(tǒng)誤差±2%，標(biāo)準(zhǔn)差±5%。由上述的檢驗(yàn)成果表可知：分析所定的Z-Q/（△Z）β關(guān)系線（β=0.42），其系統(tǒng)誤差為-0.28，標(biāo)準(zhǔn)差為2.24%，且符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)三種檢驗(yàn)均已通過(guò)，此次分析成果符合規(guī)范規(guī)定要求。故隔蒲潭站水位在22.50—27.74m之間采用落差指數(shù)法Z-Q/（△Z）β關(guān)系線（β=0.42）定線推流是切實(shí)可行的。該方案已在實(shí)踐中取得了較好效果，不僅優(yōu)化了該站流量測(cè)驗(yàn)方案，而且大大提高了測(cè)驗(yàn)工作效率，為類似站提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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