流域流量資料整編常見方式及其應(yīng)用實(shí)踐探析

李琬婧

(新疆伊犁水文勘測(cè)局 新疆 烏魯木齊 830000)

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流域流量資料整編常見方式及其應(yīng)用實(shí)踐探析

李琬婧

(新疆伊犁水文勘測(cè)局 新疆 烏魯木齊 830000)

新疆地區(qū)地域遼闊，小河流域與戈壁漫流交織，水文計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在較大偏差，流域系統(tǒng)資料編寫內(nèi)容繁多，流量整編方法多樣，通過(guò)使用綜合線圖法、臨時(shí)曲線法、單一曲線法等能夠使區(qū)域水文資料整編效率提高。

流域流量；資料整編；應(yīng)用探究

水文資料整編是指將測(cè)站觀測(cè)收集到的資料進(jìn)行整理、統(tǒng)計(jì)、分析，將系統(tǒng)資料成果提煉出來(lái)，為防汛、抗旱、水利建設(shè)、國(guó)防、科研及其他經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性專業(yè)技術(shù)工作。通常來(lái)說(shuō)，水文觀測(cè)值是一個(gè)瞬時(shí)值，比如，水位、流量以及降水值等，但是這些數(shù)據(jù)不能直接使用，需要經(jīng)過(guò)計(jì)算并合理檢查整編成果后使用。合理、科學(xué)整編資料需要結(jié)合水文變化規(guī)律以及水文要素的時(shí)空分規(guī)律等，深入論證整編成果的合理性與客觀性，修正未來(lái)測(cè)驗(yàn)工作并提出合理化意見或建議。

1 我國(guó)流域渠系統(tǒng)流量資料整理編寫

內(nèi)容

實(shí)測(cè)水文、流量以及泥沙等資料是不連續(xù)的水文資料，不能與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門資料使用要求相適應(yīng)，而資料整編則是對(duì)原始資料科學(xué)、統(tǒng)一整理、分析、統(tǒng)計(jì)、審查、匯編、印刊，涉及非常多的技術(shù)工作，確保水文資料能夠更加精確、系統(tǒng)、連續(xù)。水位資料整編是流量、泥沙資料整編的基礎(chǔ)與核心，流域流量資料整編包含的內(nèi)容有：編制實(shí)測(cè)流量成果表；對(duì)水位面積與流速間的曲線繪制，使曲線達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)；反復(fù)對(duì)水位流量關(guān)系曲線核對(duì)、檢驗(yàn)；對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行編排、整理；整理編排洪水水文記錄表；針對(duì)每日、每時(shí)的平均流量制圖；多次檢查資料整編表，防止出現(xiàn)編制誤差[1]。

2 影響水位流量關(guān)系的因素

即使水位流量整編使用很多科學(xué)方法但是依然存在一些問(wèn)題，受各種因素的影響，資料整編中，水位流量間的關(guān)系非常重要，需按照要求對(duì)定線進(jìn)行設(shè)置，明確實(shí)測(cè)資料的相關(guān)內(nèi)容與影響要素，將關(guān)系用圖樣的方式繪制出來(lái)，作為一個(gè)要素對(duì)另一個(gè)要素進(jìn)行推算。間斷測(cè)驗(yàn)流量，并不是連續(xù)操作的，要想獲得連續(xù)流量資料需要描繪并整編水位流量關(guān)系曲線，連續(xù)觀測(cè)水位資料，目的是借助水位流量關(guān)系曲線將連續(xù)狀態(tài)的流量資料推算出來(lái)[2]。

水位與流量之間保持密切相關(guān)性，主要表現(xiàn)為：在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)存在的穩(wěn)定水位流量關(guān)系，就是穩(wěn)定水位流量，如果某一段流量被實(shí)測(cè)到，可以與對(duì)應(yīng)水位的點(diǎn)組合構(gòu)成一個(gè)密集帶狀分布樣式，可以表示為一條單一曲線；很多因素都會(huì)影響到水位間分布狀態(tài)，主要制約實(shí)測(cè)流量對(duì)應(yīng)點(diǎn)，如果不能使用單一曲線水位流量關(guān)系不穩(wěn)定，同一個(gè)水位中的流量能夠?qū)?yīng)多種水位，顯示出不穩(wěn)定水文流量關(guān)系，造成這種情況的出現(xiàn)原因?yàn)椋?/p>

受自然與文為原因影響較大，降水量是自然原因，還有流域面積與地形，比如，瑪納斯河流域在干旱地區(qū)，河流年徑流量非常少，具有較差的水分條件，上游用水過(guò)多，必然造成下游水量減少甚至枯竭，并且該地區(qū)過(guò)渡放牧造成土地荒漠化，這些都是河流水文流量不穩(wěn)定的主要原因。

如果該地區(qū)出現(xiàn)洪水，洪水漲落也會(huì)影響到水位流量將產(chǎn)生一個(gè)附加比作用，造成流速與同水位流速比降低，而在漲水時(shí)的流速則增大，流量也隨之增強(qiáng)，落水則與之相反，漲水點(diǎn)如果偏向右側(cè)，則落水點(diǎn)就偏向左側(cè)，處于中間位置的是峰、谷中間的點(diǎn)；水生植物生長(zhǎng)狀態(tài)也是一個(gè)影響因素，水生植物過(guò)于密集或者長(zhǎng)勢(shì)快將增大水面積粗糙度，將促使水位流量關(guān)系點(diǎn)向左移動(dòng)，相反，如果植物長(zhǎng)勢(shì)不好或者密集度低就會(huì)向右移動(dòng)；水位流量變化還受結(jié)冰影響，通常，水位量總關(guān)系點(diǎn)朝向暢流期水位流量點(diǎn)，并開始朝向右側(cè)移動(dòng)；混合因素影響大[3]。混合影響因素就是各種主導(dǎo)作用使因素變化，此時(shí)，水位流量關(guān)系點(diǎn)也開始改變；水位流量關(guān)系點(diǎn)分布中能發(fā)現(xiàn)反側(cè)點(diǎn)，需要詳細(xì)分析并將原因找出來(lái)，如果水力因素出現(xiàn)的這種變化可以查閱資料也可以對(duì)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證，及時(shí)將錯(cuò)誤糾正。

3 常見的幾種水位流量整編方法

3.1 初步定線

將同一個(gè)水位當(dāng)成縱向坐標(biāo)，流量、面積、流速?gòu)淖蟮接遗帕性跈M坐標(biāo)上，將這些內(nèi)容添加到坐標(biāo)紙中，選擇一個(gè)準(zhǔn)確、恰當(dāng)?shù)谋壤邔?duì)關(guān)系曲線與橫坐標(biāo)之間夾角形成提供參照；如果流量變化幅度大、關(guān)系點(diǎn)散亂，可以分期對(duì)關(guān)系圖進(jìn)行繪制，繪制到同一個(gè)圖中作為總圖；如果關(guān)系曲線下部讀數(shù)誤差超出既定標(biāo)準(zhǔn)，可以將大圖流量放寬；將測(cè)點(diǎn)繪制到水位流量關(guān)系曲線上，并實(shí)現(xiàn)年初與年尾的銜接[4]。

3.2 單一曲線

如果水位流量關(guān)系以單一趨勢(shì)呈現(xiàn)則能對(duì)水位流量關(guān)系作出判斷，河流中使用的較多。點(diǎn)繪水位流量、水位面積以及水流速關(guān)系，將三條平滑關(guān)系曲線繪制出來(lái)，對(duì)特殊變化進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)反曲情況；繪制出3種關(guān)系曲線，彼此對(duì)應(yīng)確保曲線更加清楚的將水位流量分析出來(lái)，水位流量等于水位面積與流速乘積，允許存在的偏差控制在±3%～±4%之間；使用單一曲線法時(shí)需要與測(cè)量的實(shí)際情況相結(jié)合配合使用插值法或者數(shù)學(xué)模型法，對(duì)曲線更好的擬合，將水位流量計(jì)算出來(lái)。以表1為例介紹單一曲線法的應(yīng)用方法與主要誤差。

表1 流域單一曲線誤差表

3.3 使用歷年綜合線圖法

流域流量資料整編過(guò)程中使用到單一曲線法必須滿足《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》中的各項(xiàng)要求與規(guī)范，還要符合間測(cè)條件進(jìn)行間測(cè)，間測(cè)時(shí)可以使用歷年綜合關(guān)系法對(duì)資料進(jìn)行整編[5]。

3.4 臨時(shí)曲線法

因?yàn)榱饔騼?nèi)各個(gè)測(cè)站很多，較為普遍的方法就是臨時(shí)曲線法。測(cè)站控制條件與渠底需控制在一定范圍內(nèi)，使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)冰會(huì)影響到局部時(shí)間段內(nèi)的測(cè)站，可以使用單一曲線法進(jìn)行定線，還要符合以下要求：臨時(shí)曲線法測(cè)次多，能夠?qū)α髁孔兓^(guò)程轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行控制；相鄰的曲線間有一條過(guò)渡線，可以依據(jù)過(guò)渡段水位變化與關(guān)系點(diǎn)分布情況使用自然過(guò)渡或者連續(xù)過(guò)渡、內(nèi)插過(guò)渡。

3.5 連時(shí)序法

受到某個(gè)因素的影響，連續(xù)變化測(cè)站將受到影響，影響因素有洪水漲落、斷面沖淤、不穩(wěn)定結(jié)冰、水草生長(zhǎng)等。需符合的要求有：增加測(cè)流測(cè)次，對(duì)水位流量關(guān)系轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行控制；對(duì)各個(gè)時(shí)段影響因素進(jìn)行分析，繪制出水位流量、水位面積、流速關(guān)系圖等，依據(jù)測(cè)點(diǎn)時(shí)序進(jìn)行闡述還要參照過(guò)程線劃分出時(shí)段[6]。

3.6 連實(shí)測(cè)過(guò)程線法

這種整編方法適合使用在斷面沖擊頻繁、變動(dòng)回水、水草生長(zhǎng)茂盛或者結(jié)冰等因素影響下使用連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線法，需滿足以下要求：具備一定數(shù)量的流量測(cè)次，對(duì)流量變化過(guò)程進(jìn)行控制；水位過(guò)程線圖中對(duì)比例尺進(jìn)行合理選擇，確定實(shí)測(cè)流量點(diǎn)；對(duì)水位過(guò)程線與實(shí)測(cè)流量點(diǎn)趨勢(shì)進(jìn)行比較，對(duì)水位流量相關(guān)參數(shù)、水位流速關(guān)系曲線深入分析，如果受到相關(guān)因素影響需結(jié)合氣候、溫度變化將缺少的測(cè)次峰頂補(bǔ)充上，補(bǔ)充谷底漲點(diǎn)流量。

3.7 抵償河長(zhǎng)法

抵償河長(zhǎng)法使用應(yīng)用在斷面穩(wěn)定的河流資料整編中，斷面附近上下游或者支游全部匯總，受漲水影響的測(cè)站需滿足的條件有：對(duì)河段穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，密切關(guān)注下游不受變動(dòng)的回水影響，在同一個(gè)抵償河水內(nèi)斷面水位與河段槽蓄量都與斷面保持單值關(guān)系；將后移時(shí)間初值確定下來(lái)，測(cè)量水位流量關(guān)系點(diǎn)漲落率，依據(jù)此設(shè)定一個(gè)穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線，從中選擇最具代表性的漲落率測(cè)點(diǎn)，計(jì)算出測(cè)點(diǎn)與初定水位流量水位差，與應(yīng)測(cè)漲落率相除，能夠得到平均時(shí)間，將其作為移動(dòng)時(shí)段的初始值；使用試錯(cuò)法構(gòu)建Z～Q曲線，將后移時(shí)段得出，將后移一個(gè)時(shí)段水位與實(shí)測(cè)水位進(jìn)行對(duì)比將兩者的關(guān)系確定下來(lái)，使單一曲線定線要求得以滿足，各級(jí)水位后移時(shí)段并不是穩(wěn)定常數(shù)，需按照水位等級(jí)進(jìn)行確定[7]。如果發(fā)生了某個(gè)瞬時(shí)后移，后移到最優(yōu)水位時(shí)需要在Z～Q關(guān)系曲線上對(duì)流量進(jìn)行推算，將其確定為瞬時(shí)流量。定落差法適合在水庫(kù)閘壩控制或者下游人工工程中應(yīng)用，能表現(xiàn)水位頻繁變化率。測(cè)驗(yàn)河段必須平坦、順直、水面比將與河槽坡降接近。

4 結(jié)語(yǔ)

流域流量資料整編方法非常多，最常見的是水位流量關(guān)系曲線法，河道水位與流量關(guān)系保持聯(lián)系并分布著特定規(guī)律，整編部門需要結(jié)合流域具體情況使用適合的整編方法，使整編符合規(guī)律達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

[1]方國(guó)基,章彩霞.從屯溪水文站上游水量平衡分析看單站流量資料整編存在的問(wèn)題[J].江淮水利科技.2013(5):39-41.

[2]趙蜀漢,張萬(wàn)平,香天元，等.比例系數(shù)過(guò)程線法在流量監(jiān)測(cè)資料整編中的應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江.2013,44(15):26-29.

[3]趙蜀漢,香天元,賴厚桂，等.三峽水庫(kù)蓄水后上下游站水文資料整編優(yōu)化分析[J].人民長(zhǎng)江.2012,43(23):18-21,32.

[4]杜永勝.對(duì)流量推求中單——曲線法曲線繪制及其誤差的認(rèn)識(shí)[J].城市建設(shè)理論研究(電子版).2012(23).

[5]毛正國(guó).采用資料整編程序確定暢流期水位～流量關(guān)系曲線分析[J].黑龍江水利科技.2013,41(2):51-52.

[6]鄒銘盛.利用水電站泄流量作為水文站流量測(cè)驗(yàn)備用方案的分析[J].廣東水利水電.2014(7):79-82.

[7]晏志偉,王春華,喬玲玲，等.利用正交函數(shù)擬合水位流量關(guān)系曲線方法探討[J].水文.2013,33(6):25-28.

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1004-1184(2016)06-0102-02

2016-07-11

李琬婧(1990-) ，女，安徽六安人，工程師，主要從事水文預(yù)報(bào) 流量計(jì)算以及水文事業(yè)發(fā)展方面工作。