《水文測驗(yàn)學(xué)》15——河道推流

1、概概 述述 一、流量數(shù)據(jù)處理方法一、流量數(shù)據(jù)處理方法 水力因素型： Q=f(Z，X) X為水力因素 時(shí) 序 型： Q=f(Z，t) 水力因素型：單一曲線法，校正因數(shù)法，漲落比例法，特征 河長法（上游站水位法、本站水位后移法）， 落差法（等落差法、定落差法、正常落差法、 落差指數(shù)法） 時(shí) 序 型：連時(shí)序法，臨時(shí)曲線法，改正水位法，改正系 數(shù)法，連實(shí)測流量過程線法 二、方法分類二、方法分類 第一節(jié) 單一曲線線法 第二節(jié) 校正因數(shù)法與特征河長法 第三節(jié) 落差法 第四節(jié) 時(shí)序型五種方法 第五節(jié) 各方法適用條件 第十一章第十一章 河道站流量的推求河道站流量的推求 單一曲線法用于具有穩(wěn)定的ZQ關(guān)系的測站，

2、 用單一曲線法推求流量的測站，一般不允許ZQ關(guān) 系點(diǎn)隨時(shí)間或水位級有系統(tǒng)偏離。 第一節(jié)第一節(jié) 單一曲線法單一曲線法 即在水位流量關(guān)系圖中，通過點(diǎn)群中心定出 ZA、ZV曲線，根據(jù)Q=VA關(guān)系，定出ZQ 關(guān)系曲線 一、單一曲線圖解法一、單一曲線圖解法 以同一水位為縱坐標(biāo)，自左向右，依次以流量、 面積、流速為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪于坐標(biāo)紙上，選定適 當(dāng)比例尺，使ZQ、ZA、ZV關(guān)系曲線分別與 橫坐標(biāo)大致呈45、60、60的交角，并使三 條曲線互不相交。 ZQ關(guān)系曲線應(yīng)繪出上年末與下年初各35個(gè)測 點(diǎn)，以確保年頭年尾流量的銜接。 定線要求定線要求 曲線兩邊測次分布情況 在中高水曲線兩側(cè)畫出5%(低水時(shí)為8%)的

3、外包線， 須75%的測點(diǎn)數(shù)在外包線以內(nèi) 對外包線以外的突出點(diǎn)進(jìn)行分析 三條曲線相互對照，使曲線上查讀的各級水位的流量， 應(yīng)等于相應(yīng)的面積與流速的乘積，其偏差不超過 2%3%。 如低水部分的讀圖誤差超過2.5%，應(yīng)另繪低水放大圖 定線時(shí)檢驗(yàn)定線時(shí)檢驗(yàn) 初步定線初步定線 Example: on Jialing River 45 60 60 the high and medium stages %8 75% Q=AV the low stages extraordinary and abnormal points 關(guān)系曲線為單一曲線、使用時(shí)間較長的臨時(shí)曲 線及經(jīng)單值化處理的單一線，且測點(diǎn)數(shù)在10個(gè)以

4、上 者，應(yīng)做符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)和偏離數(shù)值檢驗(yàn)。 若要判定關(guān)系曲線是否發(fā)生顯著性變化，還要 進(jìn)行 t 檢驗(yàn)。 二、單一水位流量關(guān)系曲線的檢驗(yàn)二、單一水位流量關(guān)系曲線的檢驗(yàn) 符號檢驗(yàn) 適線檢驗(yàn) 偏離數(shù)值檢驗(yàn) t 檢驗(yàn) 四項(xiàng)檢驗(yàn)四項(xiàng)檢驗(yàn) 目的： 檢驗(yàn)所定的ZQ關(guān)系曲線兩側(cè)的測點(diǎn)分布是否 均衡 假設(shè)：ZQ關(guān)系點(diǎn)分布在關(guān)系線兩側(cè)，若關(guān)系 點(diǎn)在右側(cè)為“+”，在左側(cè)為“-”(在線上，則做 “+”、 “-”各半分配)。假設(shè)分布均衡，則“+” “-”出現(xiàn)概率相等。 1. 符號檢驗(yàn)符號檢驗(yàn) Z Q - - - - - - - + + + + 0 (1)統(tǒng)計(jì)“+”或“-”的點(diǎn)數(shù)k(總測點(diǎn)數(shù)n=n+n-) (2)計(jì)算

5、U值 (3)根據(jù)顯著性水平，查下表1(雙側(cè)檢驗(yàn))得 (4)比較U與Uk，若UUk，則假設(shè)成立；否則，重新定線 n5 .0 5 .0n5 .0k u 符號檢驗(yàn)的步驟符號檢驗(yàn)的步驟 2 1 k uu 標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布圖： 常用臨界值表1 臨界值表2(查 ) t 2 2 2 1 t 2 1 t P(t) k 681015203060 0.05 2.45 2.31 2.23 2.13 2.09 2.04 2.00 1.96 0.10 1.94 1.86 1.81 1.75 1.73 1.70 1.67 1.65 0.20 1.44 1.40 1.37 1.34 1.33 1.31 1.30 1.28 0.

6、30 1.13 1.111.09 1.07 1.06 1.06 1.05 1.04 0.050.100.25 U1-/21.961.641.15 U1-1.641.28- 21 t 2. 適線檢驗(yàn)適線檢驗(yàn) 目的： 檢驗(yàn)各級水位曲線兩側(cè)關(guān)系點(diǎn)的分布情況 假設(shè)：ZQ關(guān)系點(diǎn)按水位級排隊(duì)，若 兩相鄰關(guān)系點(diǎn)同為“+”或同為“-”，記作 “0”，兩相鄰點(diǎn)異號記作“1”( n- 1=n0+n1 )。假設(shè)異號出現(xiàn)概率多，即適線 性好。 Z Q - + - + - + - + - + 適線檢驗(yàn)的步驟適線檢驗(yàn)的步驟 (1)統(tǒng)計(jì)“1” 的次數(shù)為k (2)計(jì)算U值 (3)根據(jù)顯著性水平，查表1得 (注意：單側(cè)檢驗(yàn))

7、(4)比較U與Uk，若UUk，則假設(shè)成立；否則， 重新定線 1n5 . 0 5 . 0k) 1n(5 . 0 u + + + - - + - + - - - 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1k uu 3. 偏離數(shù)值檢驗(yàn)偏離數(shù)值檢驗(yàn) 目的： 檢驗(yàn)測點(diǎn)偏離所定的ZQ曲線的程度 假設(shè)：各測點(diǎn)距離所定的ZQ曲線偏離 值為Pi。假設(shè)各點(diǎn)偏離數(shù)值均很小。 Z Q 偏離數(shù)值檢驗(yàn)的步驟偏離數(shù)值檢驗(yàn)的步驟 (1)計(jì)算平均相對偏離值 (2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差 (3)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量t (4)由和自由度k=n-1，查表2得 (雙側(cè)檢驗(yàn)) (5)比較t與t k，若 t t k，則假設(shè)成立；否則，重 新定線 i P n 1

8、 P n S SP 1n PP S 2 i P S P t 21k tt 4. t 檢驗(yàn)檢驗(yàn) 目的： 檢驗(yàn)ZQ關(guān)系曲線是否經(jīng)過一段時(shí)間后 發(fā)生了變化。 假設(shè)：已知ZQ曲線在不同時(shí)間的兩組 數(shù)據(jù)，假設(shè)這兩組數(shù)據(jù)來自于同一總體，即 曲線未發(fā)生變化。 t 檢驗(yàn)的步驟檢驗(yàn)的步驟 (1)計(jì)算兩組數(shù)據(jù)各自相對偏離值 (2)計(jì)算平均相對偏離值 (3)計(jì)算綜合標(biāo)準(zhǔn)差 (4)計(jì)算統(tǒng)計(jì)量t (5)由和自由度k=n1+n2-2，查表2得 (雙側(cè)檢驗(yàn)) (6)比較t與t k，若 t t k，則假設(shè)成立；否則重新定線 1 n 1i i 1 1 1 X n 1 X Ci Cii 1 i 1 Q QQ X Cj Cjj2

9、j2 Q QQ X 2 n 1j j2 2 2 X n 1 X 2nn XXXX S 21 n 1i n 1j 2 2j2 2 1i1 12 21 21 n 1 n 1 S XX t 21k tt ZQ關(guān)系曲線經(jīng)過以上檢驗(yàn)，合格后可以直接 用于推流 三、單一水位流量關(guān)系曲線推流三、單一水位流量關(guān)系曲線推流 第二節(jié)第二節(jié) 校正因數(shù)法與特征河長法校正因數(shù)法與特征河長法 兩種方法均適用于受洪水漲落影響的測站 均屬于水力因數(shù)型方法 此法適用于單式洪水繩套 如復(fù)式繩套，分解成單式繩套后，也可用此方法 根據(jù)洪水流量方程 一、校正因數(shù)法一、校正因數(shù)法 dt dZ US 1 1QQ C Cm cm cm cm

10、 QQ:0 t Z QQ:0 t Z QQ:0 t Z 落水： 峰谷： 漲水： (1)計(jì)算漲落率 (2)ZQ關(guān)系曲線上，根據(jù)實(shí)測點(diǎn)中漲落率為0的點(diǎn)，再估 算各實(shí)測點(diǎn)同水位穩(wěn)定流時(shí)流量的大小，擬定穩(wěn)定的 ZQc1關(guān)系曲線 (3)在ZQc1關(guān)系曲線上查得Qc1 ，計(jì)算校正因數(shù) dt dZ 1. 處理步驟處理步驟 dt dZ 1 Q Q US 1 2 1C m C 已知實(shí)測流量Qm，相應(yīng)水位Z，水位過程線 (4)點(diǎn)繪Z ，通過點(diǎn)群中心定線 (5)校正計(jì)算，在 Z 關(guān)系曲線上查得各相應(yīng)實(shí)測點(diǎn) 的 ，計(jì)算Qc1 (6)Qc1點(diǎn)到原ZQ關(guān)系曲線上，若點(diǎn)密集分布原曲線兩 側(cè)，且有75%的點(diǎn)與關(guān)系線的相對誤差

11、不超過5%，則定 線成功。若點(diǎn)散亂，需重新假設(shè)ZQc關(guān)系曲線，若點(diǎn)有 局部偏離，則修改Z 關(guān)系曲線 US 1 C US 1 C US 1 C US 1 C 1. 處理步驟處理步驟(續(xù)續(xù)) c uS 1 Z(m) 0 t Z 0 t Z ZQc ) s /m(Q 3 Qm Qc 0 由所定的ZQc，Z 關(guān)系曲線和各時(shí) 刻相應(yīng)水位漲率 ，推得 US 1 C 2. 校正因數(shù)法推流校正因數(shù)法推流 dt dZ dt dZ US 1 1QQ C Cm 二、特征河長法二、特征河長法 此法適用于斷面比較穩(wěn)定，斷面附近的上游無支流匯入， 受洪水漲落影響的測站 分為上游站水位法和本站水位后移法 天然河道中，若穩(wěn)定

12、流時(shí)，水位、流量、河槽蓄量互呈單值 函數(shù)關(guān)系。 發(fā)生不穩(wěn)定流時(shí)，若河段的中斷面水位Z中，河槽蓄量W，下 斷面流量Q下三者之間呈單值函數(shù)關(guān)系，則此河段的長度稱為 特征河長L。 特征河長的概念特征河長的概念 L 上斷面下斷面 11 2 2 Z中 此法通過試錯(cuò)，找出上游水尺斷面的水位與測流斷面的流 量為單一關(guān)系的上游站，建立Z上Q關(guān)系，進(jìn)行推流。 (一一)上游站水位法上游站水位法 (二二)本站水位后移法本站水位后移法 此法是用本站實(shí)測流量，與本站測流時(shí)間后移一個(gè)時(shí) 段T的水位建立關(guān)系，將繩套曲線轉(zhuǎn)化成為單一的 ZQ關(guān)系曲線，進(jìn)行推流。 T即為洪水波經(jīng)過特征河長的傳播時(shí)間的一半 2 T 處理步驟：處理

13、步驟： (1)從Zt關(guān)系曲線中，選幾個(gè)漲落率較大的測點(diǎn)，分 別查出各實(shí)測點(diǎn)距離穩(wěn)定的ZQ曲線的水位差Z (2)計(jì)算 ，取幾點(diǎn)的平均值作為初試值 Z 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 tQ Z T dtdZ Z T 處理步驟：處理步驟： (3)若T小于實(shí)際的/2，則后移的ZQ線仍為逆時(shí)針繩 套；若T大于實(shí)際的/2，則后移的ZQ線為順時(shí)針繩 套。依此規(guī)律來調(diào)整T (4)選幾個(gè)后移時(shí)間試算，當(dāng)關(guān)系點(diǎn)與平均關(guān)系線相對偏差的 標(biāo)準(zhǔn)差最小時(shí)，此后移時(shí)間為最終確定的后移時(shí)間 (5)建立Zt+/2Q關(guān)系曲線，進(jìn)行推流 第三節(jié)第三節(jié) 落差法落差法 適用于受變動回水影響的測站，也適用于受洪水

14、漲落影響， 只要比降與落差關(guān)系較好的測站 均屬于水力因數(shù)型方法 基本關(guān)系式 2 1 2 1 Z Z Q Q )Z,Z(fQ 等落差法 定落差法 正常落差法 落差指數(shù)法 四種方法四種方法 使用條件： 具有固定測流斷面 比降與落差之間關(guān)系穩(wěn)定 落差較大處有足夠多的測次 一、等落差法一、等落差法 基本關(guān)系式： 建立水位落差 流量關(guān)系圖， 進(jìn)行推流 ),(ZZfQ 下上 落差ZZZ:Z Z Q Z 0.30.40.50.6 適用于斷面比較均勻，河底比較平坦，在不受 回水影響時(shí)，水面比降接近河底坡度的測站 基本關(guān)系式 二、定落差法二、定落差法 c m c m Z Z Q Q Qm 實(shí)測流量 Zm 實(shí)測流

15、量時(shí)相應(yīng)實(shí)測落差 Qc 與實(shí)測流量同水位時(shí)定落差的流量 Zc 定落差 1. 用試錯(cuò)法定線用試錯(cuò)法定線 已知實(shí)測流量Qm，落差Zm，相應(yīng)水位Z (1)在ZQm點(diǎn)上注相應(yīng)落差Zm，選最大者為定落差Zc，計(jì)算 (2)繪出ZQc1點(diǎn)，并定關(guān)系曲線 (3)由相應(yīng)水位，在ZQc1關(guān)系曲線上查得Qc2 ，計(jì)算(Qm/Qc2)和 (Zm/Zc ) (4)點(diǎn)繪經(jīng)過(1,1)的 曲線，在曲線上查得校正的 (Qm/Qc ) (5)計(jì)算Qc=Qm /(Qm/Qc) (6)如Z Qc點(diǎn)密集分布在原曲線兩側(cè)，則定線成功 Cmm1C Z/ZQQ C m C m Q Q Z Z 由Z在ZQc曲線上查得Qc，計(jì)算 ，并在 曲線

16、上查出對應(yīng)的 值，則可得Z對應(yīng)的流量Qm= Qc( ) C m C m Q Q Z Z 2. 推流推流 C m Z Z C m Q Q C m Q Q 三、正常落差法三、正常落差法 適用于河段不平整，有時(shí)受到回水影響，有時(shí) 又不受回水影響的測站 基本關(guān)系式 n m n m Z Z Q Q Qn 正常落差流量 Zn 正常落差 Zm、Qm 同定落差法 正常落差法的正常落差不是一定值，而是隨水位變化的， 因此要定出水位Z與正常落差Zn的關(guān)系曲線 與定落差法區(qū)別：與定落差法區(qū)別： 1. 用試錯(cuò)法定線用試錯(cuò)法定線 已知實(shí)測流量Qm，落差Zm，相應(yīng)水位Z (1)過ZQm關(guān)系圖上靠右邊的測點(diǎn)點(diǎn)群中心定出一條

17、曲線，即 ZQn關(guān)系曲線 (2)設(shè)=0.5，由圖上查得的Qn計(jì)算出各實(shí)測點(diǎn)相應(yīng)Zn，點(diǎn)繪 ZZn關(guān)系曲線，圖上查得相應(yīng)Zn (3)計(jì)算 ，點(diǎn)繪 關(guān)系曲線，在曲線上查得 ， 求出Qn (4)點(diǎn)繪ZQn點(diǎn)，若點(diǎn)密集分布在原曲線兩側(cè)，則定線成功 n m n m Q Q Z Z 和 n m n m Q Q Z Z n m Q Q 2. 推流推流 由水位Z和落差Zm在ZZn和ZQn關(guān)系曲線 上查得Zn、Qn ，計(jì)算 ，并在 曲線 上查出對應(yīng)的 值，則可由Qn計(jì)算出Qm n m n m Q Q Z Z n m Q Q n m Z Z 四、落差指數(shù)法四、落差指數(shù)法 適用于斷面基本穩(wěn)定，受變動回水或變動 回水

18、及洪水漲落綜合影響的測站 基本關(guān)系式 Z Q )Z(f 值通過試算，根據(jù)方差或標(biāo)準(zhǔn)差最小的原則來優(yōu)選 Smin 最優(yōu) S 1 i 1. 優(yōu)選優(yōu)選值值 (1)先假設(shè)一個(gè)“1”值，計(jì)算 (2)點(diǎn)繪Zmqm關(guān)系曲線，求出各關(guān)系點(diǎn)偏離關(guān)系 曲線的標(biāo)準(zhǔn)差S1 (3)再假設(shè)一“2”值，同上，求出S2，比較S1 、S2 (4)假設(shè)幾個(gè)“”值后，優(yōu)選出S值最小時(shí)對應(yīng)的值 為最終結(jié)果 1 Z Q q m m 1n Q QQ S n 1i 2 m im 1 2. 推流推流 由水位Z在Z 關(guān)系曲線上推出 ， 再由與Z計(jì)算出Qm值 Z Qm Z Qm 第四節(jié)第四節(jié) 時(shí)序型五種方法時(shí)序型五種方法 一、連時(shí)序法 二、臨時(shí)

19、曲線法 三、改正水位法 四、改正系數(shù)法 五、連實(shí)測流量過程線法 即主要根據(jù)流量變化的連續(xù)性，按照實(shí)測流量點(diǎn) 的時(shí)序連成關(guān)系曲線的整編方法 適用于受某一因素或綜合因素影響而流量連續(xù)變 化的測站，使用廣泛 要求：測流次數(shù)較多，并能控制水位流量關(guān)系的 轉(zhuǎn)折點(diǎn) 一、連時(shí)序法一、連時(shí)序法 定線時(shí)，先繪制ZA、ZV曲線，依測點(diǎn)時(shí)序分析，按各時(shí) 段影響因素特點(diǎn)，定出ZQ關(guān)系曲線 分析定線時(shí)，Zt過程線是必不可少的。在水位過程線上， 要醒目地注明各實(shí)測流量測次位置，特別是在峰、谷附近。 因?yàn)閷?shí)測點(diǎn)在峰谷前后的位置，有時(shí)會對ZQ關(guān)系線有較大 影響 處理步驟：處理步驟： 受斷面沖淤影響受斷面沖淤影響 受洪水漲落影

20、響受洪水漲落影響 二、臨時(shí)曲線法二、臨時(shí)曲線法 即在水位流量相對穩(wěn)定的時(shí)段內(nèi)各自定出一條曲 線作為臨時(shí)曲線 適用于不經(jīng)常性沖淤，或受結(jié)冰、水草生長影響 的測站 處理步驟：處理步驟： 定線時(shí)，先在ZA、ZQ曲線上，依時(shí)序分析規(guī) 律，結(jié)合Zt曲線，定出各穩(wěn)定時(shí)段的ZQ關(guān)系 曲線 兩條穩(wěn)定的臨時(shí)曲線之間的過渡期處理方法有： 自然過渡、連時(shí)序過渡和內(nèi)插曲線過渡 例如：連時(shí)序過渡 三、改正水位法三、改正水位法 適用于受經(jīng)常性沖淤但變化比較均勻緩慢的測站， 并用于受水草生長影響或結(jié)冰影響的時(shí)期 要求：有足夠多的實(shí)測流量點(diǎn)，影響因素變化過 程的轉(zhuǎn)折處要求有實(shí)測點(diǎn)加以控制 處理步驟：處理步驟： 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：在點(diǎn)繪的ZQ關(guān)系圖上，繪制一條單一的 ZQ關(guān)系曲線 量取各測次點(diǎn)的縱差，即水位改正數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)曲線上方者， 水位改正數(shù)為負(fù)，反