水位流量關(guān)系曲線的定線方法分析

■郝 嘉 ■蕪湖水文水資源局宣城水文勘測隊，安徽 宣城 242000

在進行水文資料整編時，水文檢驗是資料整編的基礎(chǔ)部分，只有確保水文檢驗質(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、水文預報等提供準確依據(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，這種方法適用于實測流量點比較多的情況，但對于實測點少的情況，采用這種方法需要進行大量的分析工作，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，在進行水位流量關(guān)系曲線定線時，首先要對相關(guān)資料進行收集、分析，了解測站周圍河流形式。并對各種影響因素進行詳細的分析，根據(jù)實測點子的走向初步判斷水位流量關(guān)系類型，結(jié)合實際情況，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)，斷面的實測流量和相對應的點距密集分布，能用一條單一的曲線進行表示。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，實測流量和相對應的水位點距難以密集分布，無法采用單一的曲線進行表示，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)進行處理;當不穩(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，可以對其進行分期定線，在水位流量關(guān)系圖中，根據(jù)實測點的時序，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

當實測點呈現(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、水利因素極值等進行詳細的分析，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

對于測站實測點比較散亂，實測點呈現(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，在進行分析時，首先要對下游各個水體、支流的水情變化情況進行分析，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行分析:繪制同水位面積過程線和平均河底高程進行分析;采用挾沙能力進行分析;利用水位面積關(guān)系切線進行分析。當水位流量曲線受到?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，即測站實測流量偏離水位流量關(guān)系曲線的標準差，是反映實測點散亂情況的一個指標，實測點越散亂，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測流量為真實流量，和估計量的標準差，通過對水位流量關(guān)系曲線定線誤差進行分析，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)系點對關(guān)系線的標準差、隨機不確定度，從而對定線精度進行評價。對于測點標準1差，可以按照以下公式進行計算:St=差;n表示實測點總數(shù);Qi表示第i次實測流量;Qti表示第i次實測流量Qi的相應曲線流量。隨機不確定度可以根據(jù)以下公式進行計算:XQ=2St，其中XQ表示置信水平為95%的隨機不確定度。

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，由于流量測驗技術(shù)的成本比較大，操作比較復雜，難以實現(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)系進行計算，并轉(zhuǎn)換成連續(xù)流量關(guān)系，從而為水位預報、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.