匯流計算中的問題與瞬時單位線改進

姜馬寧

【摘要】在通過瞬時單位線法對相關流域地面的凈雨匯流計算的時候，要先把基本單位變?yōu)槭撩椎氖褂脝挝痪€，在開展相關匯流的計算工作。在實踐中可以直接通過基本單位線的方式對具體的地面凈雨匯流進行相關計算，此種形式在實踐中具有一定的穩(wěn)定性與可靠性?！娟P鍵詞】瞬時單位線；基本單位線；匯流計算在實際的流域地面凈雨匯流計算過程中，瞬時單位線法是一種常用方式。在實踐中有著較為顯著的效果，對此要想全面優(yōu)化完善匯流計算中存在的各種問題，就要對瞬時單位線法進行改進，進而使其滿足實際的需求，保證計算方式的便捷性。對此本文對匯流計算等問題進行探究分析，對瞬時單位線進行優(yōu)化與改進。1、瞬時單位線1.1瞬時單位線定義在流域上均勻分布的，且其歷時近乎為零的單位凈雨深在流域出口斷面為中形成的地表徑流過程線，就是瞬時單位線，其簡稱為IUH。而瞬時單位線就是傳統(tǒng)單位線的重要發(fā)展模式，現(xiàn)階段廣泛應用在暴雨洪水計算以及預報等諸多領域中。在流域上單位時間中呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)的單位凈雨量在一般狀況之下均取雨深10毫米；其單位歷史則可以是特定的時段，具體時間不等，也可以是瞬時，就是在凈雨歷時在呈現(xiàn)無限小的狀態(tài)中，相對于謙和單位的線段稱之為時段單位線，而相應于后者的則就稱之為瞬時單位線。單位線就是基于特定因素的一種基本假定，通過流域的實際降雨以及其對應的出口斷面位置中的流量過程資料進行分析獲得的。瞬時單位線就是在水文學中的基本的分析工具之一，主要就是在對暴雨過推送流量過程中應用，在水文計算以及預報等領域中廣泛應用。輸入線性時不變匯流系統(tǒng)的時候，其單位在為矩形入流狀態(tài)的時候，就意味著系統(tǒng)中產(chǎn)生的輸入就是基本單位線，主要就是通過u （△t，t）對這種單位線進行表示。而其存在的單位矩形入流就是在△t的特定時間段中的流量入流實際狀況。1.2基本假定在匯流理論中，把流域降雨徑流中存在的匯流問題作為線性系統(tǒng)，其中降雨就是模式輸入，其徑流量產(chǎn)生的過程就表示系統(tǒng)輸出，而流域單位線則就是在整個過程中的響應函數(shù)。在實踐中，必須要滿足倍比假定以及疊加假定兩種要素。其中倍比假定，就是在單位時段中其凈雨深如果不是一個單位，而是多個單位，其形成的流量過程線與單位線的底長是一致的，地面流量過程線的縱標與單位線縱標之間的成比例關系；而疊加假定就是在降雨歷時的m 個時段，則不同時段中的凈雨形成的流量過程就是相對獨立且不受任何影響的，其出口斷面位置的流量就是這m 個流量過程的數(shù)量之和。而要對這些假定與實際狀況差異進行精準的判定，要了解降雨特性對單位線之間的影響，必須要對瞬時單位線進行系統(tǒng)分析。1.3時段單位線時段單位線是在1932年的時候美國L.R.K.謝爾曼提出的一種理論。時段單位線主要就是在降雨時空分布相對較為均勻且凈雨歷時相對較短，降雨強度相對較大的單獨洪水資料對其進行推求計算。如果凈雨歷時僅僅有一個時間段，但是其分布相對較為均勻，就可以直接的將地面徑流過程表現(xiàn)的縱坐標與凈雨量的單位數(shù) n的商就是單位線。如果凈雨時段高于兩個，就要通過分析法以及試算法進行計算分析。在不同時間段中的單位線可以通過求S- 曲線相互轉換，而時段單位線的S-曲線就是指在相同單位線實踐中基于時間坐標，每間隔一個單位時間段，將相同時刻的縱坐標進行累積相加獲得的累積流量以及時間的關系曲線。1.4基本單位線的具體推求

基本單位線在實踐中的推算是利用瞬時單位線開展的。在實踐中，瞬時單位線函數(shù)中的n與K兩個參數(shù)，通過利用積分瞬時單位線的方式進行計算，獲得S（t）曲線，在利用S（t）曲線減去延遲△t的S（t）曲線，其獲得數(shù)值之差轉換為u （△t，t）的基本單位線，可以通過 u （△t，t）=S（t）一S（t-△t）對其進行表示。

1.5基本單位線的因次在線性時不變匯流系統(tǒng)的時候通過輸入矩形入流形式的單位，主要因次就是通過m3 /s對其進行表示。意味著系統(tǒng)中的具體輸出就是流量，對此可以通過因次為m3 /s對其進行表示。這一結果在實踐中獲得了驗證，而最為關鍵的就是在傳統(tǒng)的流量中基本單位線是沒有因次的，而這種觀念是錯誤的，對此必須要轉變這種觀念，明確其存在的因次特征。2、匯流計算的改進與優(yōu)化在對匯流計算進行改進與優(yōu)化過程中，主要就是在瞬時單位線法對相關流域地面凈雨匯流進行計算處理過程中，可以通過基本單位線的方式對匯流進行系統(tǒng)的計算分析，對其進行優(yōu)化主要就是因為其存在一定的數(shù)學關系與物理意義，其具體如下：2.1數(shù)學關系現(xiàn)階段，在實踐中應用的主要匯流計算方式就是利用基本單位線基于 對其進行轉換，在通過十毫米凈雨使用單位線q（△t，t）對其進行表示。而在此公式中，流域面積主要就是通過F對其進行表示，單位為km2；而△t表示時段長，單位為h。

在應用此單位線的時候，可以綜合實際的狀況以及具體的線性匯流系統(tǒng)之間的倍比形式，對△t時段在具體的實踐中，存在的地面凈雨量進行表示，其主要就是表示了在每小時毫米的地面徑流的實際過程，在實踐中可以通過對其進行表示；而將對其進行帶入處理，就會獲得，此公式主要就是基本單位線匯流計算公式。2.2物理意義綜合分析基本單位線存在的水文學意義，可以發(fā)現(xiàn)在線性流域匯流系統(tǒng)中，在特定時間中，當持續(xù)的輸入一個單位的地面凈雨強度的時候，其流域出口斷面產(chǎn)生的地面徑流的整個過程就是基本單位線。其中，一個單位強度就是指一個流量的地面凈雨，可以表示為1m3/s，將其用流域平均水深表示為：（mm/s）。如果將其轉換為△t時段內(nèi)的具體地面凈雨量則可以將其表示為在特定的時段內(nèi)中可以通過h表示其地面凈雨量，而對h進行換算，通過時段平均流量對其進行表示，則線性流域系統(tǒng)的倍比性質(zhì)可以通過對其進行表示。（△t，t）可以進行基本單位線的推求計算，這樣就會了解地面徑流過程，分析于線性匯流系統(tǒng)的疊加性質(zhì)就可以獲得信息數(shù)據(jù)。2.3舉例計算例如，在某流域中其面積為400 km2，計算時段取△t =3 h。則基于瞬時單位線的參數(shù)，先進行S曲線的計算，在通過S曲線獲得基本單位線，其基本單位線的計算機結果具體如下表。通過對降雨產(chǎn)生的地面凈雨分析，基于線性流域回流系統(tǒng)的疊加性對其進行分析，可以推算出斷面的蒂對面徑流過程。3、探究討論

通過以上分析可以得知，根據(jù)公式Qi（t）=（△t，t），可以利用基本單位線的方式優(yōu)化以及完善流域匯流計算方式。在實踐中其具有較為顯著的特征，主要表現(xiàn)如下：3.1直接通過基本單位線進行計算，可以提升計算效率，縮短步驟。通過傳統(tǒng)的方式對其進行計算，必須要轉換基本單位線以及應用單位線，在操作過程中會導致各種誤差問題的出現(xiàn)，而通過公式=（△t，t）進行計算，更為便捷有效，可以提升數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性，進而避免各種誤差問題的出現(xiàn)。3.2一條基本單位線可以在不同的流域中應用。在對瞬時單位線函數(shù)計算機過程中，其主要就是通過 K、n參數(shù)進行處理。利用流域凈雨的過程以及徑流過程對其進行推算分析。在操作中，如果流域面積不同，而降雨徑流特性等特征相似，流域就可以利用基本單位線對其進行匯流計算分析，進而基本單位線轉換為十毫米的使用單位線；通過對流域面積等各種因素的系統(tǒng)分析，可以發(fā)現(xiàn)在不同的流域中必須要應用自己的單位線。參考文獻：[1]范世香，刁艷芳，高雁. 瞬時單位線法進行流域匯流計算的改進[J]. 人民珠江，2014，01：32-34+25. Fan Shi-xiang， Diao An-fang， Gao Yan-.Improvment of instantaneous unit line method for river basin confluence calculation [J] .people ‘s Pearl River Basin 2014n01： 32-34 （in Chinese）.[2]鄒霞，宋星原，袁迪，劉佳明，張素瓊. 基于地貌瞬時單位線的缺資料小流域水文預報[J]. 人民黃河，2015，01：11-14+25. Zou Xia， Song Xingyuan， Yuan Di， Liu Jiaming， Zhang Suqiong.Hydrological Prediction of small Watershed based on geomorphological instantaneous Unit Line [J].Peoples Yellow River 2015 01： 11-14 25.[3]高雁，程銀才，范世香. 流域匯流瞬時單位線法中因次問題的商榷[J]. 人民黃河，2008，08：30-31+35. [4]莊瑋， 郭佳晨， 吳中正，等. 匯流計算中“三線”的關系及瞬時單位線的改進[J]. 農(nóng)村經(jīng)濟與科技， 2017， 28（6）：265-265.Zhuangwei， Guo Jiachen， Wu Zhongzheng， et al.relationship between “three lines” and improvement of instantaneous unit line in confluence calculation [J] .Rural economy and Science and Technology， 2017，286U： 265-265.