水位流量關(guān)系的定線方法與技巧

1、水位流量關(guān)系的定線方法與技巧河道流量資料整編工作主要包括以下內(nèi)容 ：1. 編制實(shí)測流量成果表和實(shí)測大斷面成果表；2. 繪制水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線；3. 水位流量關(guān)系曲線分析和檢驗(yàn)；4. 數(shù)據(jù)整理；5. 整編逐日平均流量表及洪水水文要素摘錄表；6. 繪制逐時(shí)或逐日平均流量過程線；7. 單站合理性檢查；8. 編制河道流量資料整編說明書。流量資料整編工作主要包括以上內(nèi)容， 這也是在沒有實(shí)現(xiàn)水位 流量關(guān)系應(yīng)用軟件定線前，進(jìn)行流量資料整編必須要做好的主要環(huán) 節(jié)。并且這些環(huán)節(jié)在進(jìn)行過程中是相互關(guān)聯(lián)，交叉進(jìn)行的。在應(yīng)用南 方片整匯編軟件進(jìn)行資料整編后，繪制水位流量、水位面積、水位流 速關(guān)系曲線

2、、水位流量關(guān)系曲線分析和檢驗(yàn)、 數(shù)據(jù)整理都有程序完成。 經(jīng)轉(zhuǎn)換和入庫，就可自動完成流量資料整編的數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)輸入、 整編計(jì)算、合理性檢查和成果輸出等眾多環(huán)節(jié)。所以說，南方片整匯 編軟件的應(yīng)用是水文資料整編工作的一次質(zhì)的飛躍。流量資料整編工作的主要有以上 8 個(gè)步驟。在這里要強(qiáng)調(diào)一下， 在進(jìn)行流量資料整編前：1、要認(rèn)真學(xué)習(xí)該站的水文測驗(yàn)任務(wù)書 ，熟悉了解該站的測站 特性、測驗(yàn)方法及高、中、低水位級的劃分標(biāo)準(zhǔn)。2、了解當(dāng)年的水情及洪水過程，了解是否發(fā)生特殊水情，了解是 否有特殊的測驗(yàn)要求。3、在了解的基礎(chǔ)上，作為負(fù)責(zé)初制的人，一定要認(rèn)真審查單次流 量資料，在確定單次流量資料準(zhǔn)確無誤的前提下，再開

3、展工作，這樣 才能保證實(shí)測流量成果表和實(shí)測大斷面成果表正確，確保定線的正確 性。在編制完實(shí)測流量成果表和實(shí)測大斷面成果表后，就可以要著手 進(jìn)行水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線的繪制、定線工作。在 講這個(gè)內(nèi)容之前，先談?wù)勊涣髁筷P(guān)系，受我所接觸的限制，在這里 我主要講天然河道的水位流量關(guān)系。天然河道的水位流量關(guān)系總的來講可分為兩種，即穩(wěn)定和不穩(wěn)定。 穩(wěn)定的又分為兩種，一種是：測站控制和河槽控制較好的穩(wěn)定的水位流量關(guān)系。 即同一水位只有一個(gè)流量。其關(guān)系是單一曲線，并能滿足曼寧公式：1 -V 二丄 r3s2nQ= AV式中：Q流量 m3/sA斷面面積 m2V 斷面平均流速m/sn 河床糙率無量綱

4、R水力半徑 mS水面比降這一類型的水位流量關(guān)系的特征主要表現(xiàn)為： 測站控制較好， 影 響水位流量關(guān)系的因素隨水位變化， 保持穩(wěn)定。 水位流量關(guān)系呈單一 曲線，或者是影響水位流量關(guān)系的因素隨水位的變化而改變， 但影響 因素如面積、平均流速能相互補(bǔ)償，使得水位流量關(guān)系呈單一線。 這 是水文測站在查勘設(shè)站階段的首選目標(biāo)之一。 但要選擇此類測站位置 受到的影響因素是非常多的， 在這里就不多講了 。需要說明的是此類 水位流量關(guān)系一般會發(fā)生在斷面穩(wěn)定的山溪性河流中。 如中游局的白 霓橋站、毛家橋站、還有上游局的原奉節(jié)站 等。二種是： 本來不是穩(wěn)定的水位流量關(guān)系， 但經(jīng)過單值化處理， 引 入水力因素這一變量

5、，經(jīng)過分析、論證使水位流量關(guān)系呈單一線。在 整編規(guī)范中對這一類型的整編方法有詳細(xì)的說明， 如改正水位法、 落 差指數(shù)法、定落差法、校正因素法、抵償河長法等等，需要說明的是 這一類單一關(guān)系必須經(jīng)過單值化處理，如中游局的安鄉(xiāng)、大湖口、石 龜山、楊堤、沙頭等。水文局開展水文測驗(yàn)方式方法創(chuàng)新以來，各勘 測局積極響應(yīng)，加強(qiáng)基礎(chǔ)資料的分析， 積極開展單值化的分析和論證。 自 2009 年起，又相繼有許多測站經(jīng)分析、論證并上報(bào)水文局技術(shù)處 批準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了單值化。開創(chuàng)水文測驗(yàn)方式方法創(chuàng)新的新局面。如長江 干流上的螺山、漢口、沙市等站實(shí)現(xiàn)了單值化，實(shí)現(xiàn)單值化后能大量 減少流量測次，減輕職工的勞動強(qiáng)度，優(yōu)化測驗(yàn)方式

6、方法。 二不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系的影響因素較多，隨其受主要影響因素不 同，水位流量關(guān)系中測點(diǎn)分布也不相同。1、受沖淤影響的水位流量關(guān)系。 由于同水位的面積增大或減小， 是水位流量關(guān)系受到斷面沖淤變化的影響。2、受變動回水影響的水位流量關(guān)系。 由于受下游回水頂托影響， 水位提高，比降減小，與不受回水頂托影響，同水位下的流 量偏小。3、受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系。受洪水漲落影響時(shí)，由于 洪水波產(chǎn)生附加比降的影響，使洪水過程的流速與同水位下 穩(wěn)定流時(shí)的流速相比，漲水時(shí)流速增大，流量也增大；落水 時(shí)則相反。而漲水點(diǎn)偏右，落水點(diǎn)偏左，峰、谷點(diǎn)居中間。 也就是我們常說的水位流量關(guān)系呈逆

7、時(shí)針繩套曲線。4、受水生植物影響的水位流量關(guān)系。在水生植物生長期，過水 面積減小，糙率增大，水位流量關(guān)系點(diǎn)子逐漸左移；在水生 植物衰枯期， 影響減小或消失， 水位流量關(guān)系點(diǎn)子逐漸右移。5、受結(jié)冰影響的水位流量關(guān)系。水位流量關(guān)系的點(diǎn)子分布，總 體趨勢是偏向暢流期水位流量關(guān)系曲線的左邊，即同水位流 量測點(diǎn)偏小。6、受混合因素影響的水位流量關(guān)系。 在混合因素的影響下， 隨 著起主導(dǎo)作用的某種因素的變化，其水位流量關(guān)系點(diǎn)子也隨 之變化。綜合起來， 長江流域不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系主要以這 6 種形式表 現(xiàn)出來，在這里需要說明的是，影響水位流量關(guān)系的因素較多，不同的測站，測站控制條件不同，在不同的年份、不同

8、的時(shí)期、不同的來 水、來沙條件下各種影響因素的強(qiáng)弱、大小也不同，并且，往往是不 同的影響因素交叉且相互影響的，因此，我們在分析不穩(wěn)定的水位流 量關(guān)系的測點(diǎn)分布時(shí)，一定要對影響因素綜合分析，找出起主導(dǎo)作用 的影響因素，合理定線，必要時(shí)作相應(yīng)的分析和補(bǔ)充說明。水位流量關(guān)系的定線流量資料整編的重要環(huán)節(jié)之一， 定線的合理 性、準(zhǔn)確性將直接影響流量資料整編的成果質(zhì)量， 從一定程度上也反 映整編人員的工作質(zhì)量和業(yè)務(wù)素質(zhì)， 因此，各級資料的整匯編單位都 非常重視，其重要性在這里我就不多講，只作這一點(diǎn)說明就是。水位一流量關(guān)系定線推流的方法：一.單一線單一曲線法推流，應(yīng)結(jié)合測站特性，應(yīng)用插值法或通過選用恰當(dāng) 的

9、數(shù)學(xué)模型來擬合曲線，用水位推算流量。一般有三種數(shù)學(xué)模型：a.指數(shù)方程Q 二 CZ；或In Q = In C nln Ze式中Q流量 m /s ；Ze 水位與一常數(shù)之差 m ；C、n 常數(shù)；b.對數(shù)函數(shù)方程丫二 b0 b1xb2x2 bmxm 式中 b°,bi,b2,bm系數(shù)。c.多項(xiàng)式方程2mQ = a。aiZi a2 Z?amZe式中 a°,ai,a2,am系數(shù)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料整編后，一般都推薦使用多項(xiàng)式方程。以前 都是以流率表的形式反映各水位的對應(yīng)流量值， 也就是說單一曲線法 推流時(shí)一定要提供流率表。經(jīng)單值化處理后的單一曲線法推流，現(xiàn)在一般也是采用多項(xiàng)式方 程或流率

10、表的形式，來反映水位流量的單一關(guān)系。只是引入校正流量 因素，間接地反映水位流量關(guān)系單一。單一水位流量關(guān)系的定線基本原則和要求：1. 全年實(shí)測流量測點(diǎn)應(yīng)能控制當(dāng)年水位變幅約75%，即高水延長不能大于20%，低水延長不能大于5%。（評分標(biāo)準(zhǔn)中有相應(yīng)條款）2. 流量年頭年末銜接，應(yīng)繪制上年末和下年初各 13個(gè)測點(diǎn)。其接頭誤差，一類精度站不應(yīng)大于士 3%,其它站不應(yīng)大于士 5%。（單值化處理的站可放寬至士 5%），巡測或三類流量站可放寬至士 8%。 兩種方法推流，接線接頭誤差不應(yīng)大于士 3%。3. 關(guān)系曲線應(yīng)通過點(diǎn)群中心，連續(xù)光滑，過渡自然，不允許出現(xiàn)反曲現(xiàn)象。4. 對水位流量關(guān)系點(diǎn)子分布中比較突出的

11、反常測點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真分析，找出原因。若由水力因素變化所致，應(yīng)作可靠資料使用，若 屬于測驗(yàn)或計(jì)算方面的錯(cuò)誤，則應(yīng)予以改正，無法改正的，可以 舍棄，但需作相應(yīng)說明。5. 應(yīng)用單一曲線定線推流的測站，其測次分布應(yīng)按全年水位變幅， 合理分布測次，且漲落水面測次分布應(yīng)大致均勻，相鄰測點(diǎn)間距 應(yīng)不大于當(dāng)年水位變幅20%（年水位變小于5m或暴漲暴落河流不 應(yīng)大于30%）。單一曲線的精度指標(biāo)一定要滿足規(guī)范所列的精度指標(biāo)的要求。穩(wěn)定的 水位流量關(guān)系曲線，臨時(shí)曲線法等主要曲線及經(jīng)單值化處理的單一線，均應(yīng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差和隨機(jī)不確定度的計(jì)算和檢查。（整編規(guī)范2.3.1）標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式：Se 二i(InQ - In Qci

12、)2 "s廠七'|_n - 2i(Qi- Qci)2(Qci式中 Se實(shí)測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差；Qi第i次實(shí)測流量（作為單值化處理的單一線中第 i次校正流量或校正流量因素），m3/s ；Qci 第i次實(shí)測流量Qi相應(yīng)的曲線上的流量（或作為單值化處理的單一線中第i次校正流量或校正流量因素相應(yīng)曲線上的校正流量或校正流量因素），m3/s ；n測點(diǎn)總數(shù)。隨機(jī)不確定度計(jì)算公式：Xq 二 2Se式中 Xq 置信水平為95%的隨機(jī)不確定度。實(shí)測關(guān)系點(diǎn)據(jù)與關(guān)系線無明顯系統(tǒng)偏離時(shí)，系統(tǒng)誤差可采用 測點(diǎn)（或校正點(diǎn)）對關(guān)系線相對誤差的均值。采用單一曲線法或水力因素法定線時(shí)，流速儀法測流定線精 度應(yīng)滿足下表規(guī)定

13、。水位流量關(guān)系定線精度指標(biāo)表站類定線方法定線精度指標(biāo)系統(tǒng)誤差（± %隨機(jī)不確定度（± %一類精度的水文站單一曲線法18水力因素法210二類精度的水文站單一曲線法110水力因素法212三類精度的水文站單一曲線法211水力因素法315注：1.臨時(shí)曲線法定線的精度指標(biāo)同單一曲線。2. 采用水面浮標(biāo)法測流定線隨機(jī)不確定度可增大2% 4%。3. 采用比降一面積法測流的水位流量關(guān)系定線精度可參照水力因素法。4. 巡測站定線隨機(jī)不確定度可增大 2%（在此提一下中游局和 荊江局“四口”入湖的一些測站，作為巡測站隨機(jī)不確定度可增大2%）多條單一曲線相互間最大偏離不超過下表精度指標(biāo)時(shí)，可合并定

14、線。經(jīng)合并定線后測點(diǎn)對關(guān)系曲線的定線誤差應(yīng)符合（水位流量關(guān)系合并定線精度指標(biāo)表）的要求。水位流量關(guān)系合并定線精度指標(biāo)表、相目對誤差站類、-（%） 一類精度的水文站二類精度的水文站三類精度的水文站水位級高水468中水5810低水81215注：合并定線有10個(gè)測點(diǎn)以上的，應(yīng)進(jìn)行三種檢驗(yàn)和不確定的計(jì)算。二.連時(shí)序法受某一因素或多種因素混合影響的測站，一般都采用連時(shí)序法。采用連時(shí)序法定線推流時(shí)，流量測次應(yīng)較多，并能控制水位流量 關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在這里我想補(bǔ)充講一下，測次多少的問題。除了單一曲線法，連 時(shí)序法、連實(shí)測流量過程線法都會聯(lián)想起一個(gè)測次較多的問題，其實(shí)不然。水文資料原型資料的收集，都必須遵循

15、一個(gè)原則，即過程控制。 我們的水文測驗(yàn)任務(wù)書中對測次布置，都提出這樣一個(gè)要求。水 位（人工觀測時(shí)）有2段制、4段制、8段制、甚至逐時(shí)制。流量測 次分布一般是這樣的，根據(jù)水位與流量的變化情況布置測次，以能滿 足水位流量關(guān)系整編定線，準(zhǔn)確推算逐日流量和各種經(jīng)流特征值為原 則。遵循這個(gè)原則，我個(gè)人認(rèn)為過多的測次是不必要的，這就有一個(gè) 合理的、科學(xué)的布置測次的問題?；谶@一點(diǎn)，我想提醒外業(yè)測驗(yàn)的 負(fù)責(zé)人，主測人員要充分認(rèn)識到這一點(diǎn)，由于整編工作屬內(nèi)業(yè)工作范 疇，內(nèi)業(yè)工作的開展首先必須基于外業(yè)測驗(yàn)資料，合理的、科學(xué)的布 置測次是確保內(nèi)業(yè)資料整編工作質(zhì)量的前提， 這就要求我們的外業(yè)測 驗(yàn)負(fù)責(zé)人、主測人員一

16、定要及時(shí)了解分析水情、沙情的變化，合理的 分布測次。 這一點(diǎn)是非常重要的， 過去我們都講內(nèi)業(yè)指導(dǎo)外業(yè)就是這 個(gè)意思，也就是說負(fù)責(zé)外業(yè)測驗(yàn)的責(zé)任人， 和主測人員一定要熟悉資 料整編的原則和方法。連時(shí)序法推流的方法和步驟：1. 分析各時(shí)段的影響因素，點(diǎn)繪水位流量、水位面積和水位流速關(guān) 系圖。依測點(diǎn)的時(shí)序進(jìn)行分析，并參照水位過程線根據(jù)主要影響 因素和水位過程劃分定線時(shí)段。2. 根據(jù)各時(shí)段的主要影響因素，分析水位面積和水位流速關(guān)系變化 趨勢，依實(shí)測流量測點(diǎn)的順序連繪水位流量關(guān)系曲線。連繪的水 位流量關(guān)系曲線為繩套曲線時(shí)，其繩套頂部或底部應(yīng)分別與時(shí)段 內(nèi)的對應(yīng)的峰頂或谷底水位相切，過渡線與臨時(shí)曲線或穩(wěn)定

17、曲線 銜接時(shí)應(yīng)相切。3. 連時(shí)序法在定線時(shí)，無特殊原因應(yīng)以通過年最大和最小實(shí)測流量 為原則。4. 應(yīng)用連時(shí)序法定線推流時(shí)，個(gè)別時(shí)段內(nèi)，測點(diǎn)分布合理，滿足控 制水位流量變化過程的要求，且測點(diǎn)分布呈一帶狀時(shí)，連繪繩套 曲線困難時(shí)或某水位級內(nèi)按時(shí)間順序連繪繩套線過多或復(fù)雜（也 就是線型不好看），盡量采用合并定線，即臨時(shí)曲線的方法進(jìn)行處 理，相鄰曲線則采用自然過渡和內(nèi)插過程線銜接。5. 在連繪繩套曲線時(shí)，對中間過程的流量測點(diǎn)，不要一味經(jīng)過實(shí)測點(diǎn)，在綜合考慮線型自然和水位流量關(guān)系曲線趨勢，作適當(dāng)偏離。但必須以滿足定線精度指標(biāo)為原則。6. 水位流量結(jié)點(diǎn)的要根據(jù)水位流量關(guān)系線的曲率變化情況合理選 取，曲率變

18、化大的要加密，流量變化的轉(zhuǎn)折處，特別是特征值處 要加密，曲率變化小的可適當(dāng)少一點(diǎn)，但結(jié)點(diǎn)選取應(yīng)分布均勻。實(shí)例講解：選取2006年螺山站、2007年城陵磯站、2009年南咀站作為連時(shí) 序的實(shí)例講解。簡要講一下圖形程序定線的操作步驟和注意事項(xiàng)。選取2008年螺山站、2007年南咀站作為連時(shí)序定線中臨時(shí)曲線 的實(shí)例講解。那“ IZ 一十 V本站是西洞庭湖的出口站，受不同的來水影響，水位流量關(guān)系到較復(fù)雜，采用連時(shí)序法整編定線，而90808101211則采用合并的方法處理該時(shí)段。615:0516:45KblOOm流速側(cè)25冷舛們/3031.7843901063510:1441"10/30443

19、400126:3010:12 I10/30553920156:311D:2Cdi794230216:3410:09dl”10/3032.034810248:269;59hi110<3031.004330269:0110:37ill"10/30313330266:3310:13>11“W/3030 662490309 1210:3011"10Z3016213036:3110:07ill"10/3029 64169011e：2213:2741涼速儀（汨）2MO4111250156:5110:21i|涼速儀10/30121430H78:4010:20di&q

20、uot;10<3031300從水位過程和流量成果表，可以看出，其流量測次較好的控制了水位 的變化過程，若采用連時(shí)序的定線，則水位流量關(guān)系線則很難看，但 整編人員在分析了該時(shí)段內(nèi)水位變化和測點(diǎn)分布后，在考慮測點(diǎn)分布 和定線誤差的前提下，對該時(shí)段內(nèi)的定線作了合并處理再看看螺山站2008年的水位流量關(guān)系線，+u. n圖中紅線為本年度的第14號推流曲線，與它相對平行的是12號曲線, 中間是一根過渡線，在這一時(shí)間段內(nèi)，本站處于長江的高水期，同時(shí)受長江來沙的影響，因?yàn)槭y輸沙率，流量測次較多，見下表：年你20D8測站編碼：E01113QO施測號數(shù)施測時(shí)間斷面位測驗(yàn)方法基本水 尺水位(E旳月日起止時(shí)分

21、時(shí)分6181715:1018:19MTWO2m潦烹儀(2£-3A)1 D/3O28.943600062183:0511:21"1Q/3O29.243730D63198:1211:0310Z3O59390006415:2718:45"10X3066397DC652D6:3610:03"10Z30794050066218:0311:04"山顧841020067226:4314:20"10/307139000632812:0514:31"1(X3020.903650069317:5410:17"10Z3029.22379

22、0070929:0610:3010/30733790071314:5517:50" 100863860072614:5618:01Q/3030.12406007396:1210 53"10/30003950074137:2710:00"10/3029.413740075197:5611:04"10302S.6233200762513:4716:29"1Q/3O27.873060077293:3111:04" 1(0)30262007B10©13:0015:25"10/3026.30239007989:2210:47

23、10Z3025.292020030158:1810:59"10/3024.611900D從流量測次的分布來 看，其流量測次較好的控制了水位的變化過程， 若采用連時(shí)序的定線， 則水位流量關(guān)系線較復(fù)雜， 整編人員在分析了 該時(shí)段內(nèi)水位變化和測點(diǎn)分布后， 發(fā)現(xiàn)該時(shí)段內(nèi)的流量測點(diǎn)的分布呈 現(xiàn)兩個(gè)系列， 在考慮測點(diǎn)分布和定線誤差的前提下， 對該時(shí)段內(nèi)的定 線按兩個(gè)臨時(shí)曲線作了合并處理， 中間選取合適的水位和時(shí)間， 以一 根臨時(shí)曲線自然過渡。具體的推流量方案是12號線8100883105、13 號線 8310590202、14 號線 90202102720。從以上兩個(gè)實(shí)例我們可以看出， 在進(jìn)行水

24、位關(guān)系定線時(shí)， 一定要 認(rèn)真分析水位的變化過程和測點(diǎn)的分布情況， 在考慮測點(diǎn)分布和定線 誤差的前提下， 選擇臨時(shí)曲線進(jìn)行合并處理， 不僅能減少相對多的推 流時(shí)段，而且使該時(shí)段內(nèi)水位流量關(guān)系線過渡自然， 線形光滑，同時(shí)， 還在一定程度上減小和消除了單次流量的測驗(yàn)誤差。流量成果的合理性檢查在完成時(shí)段流量的推求后， 則要對計(jì)算和推求的流量成果進(jìn)行合 理性檢查。其主要的工作內(nèi)容有：1 、特征值的檢查年、月特征值的相關(guān)性和合理性檢查。 特征值的相關(guān)性主要是指 與其他水文要素的相關(guān)和對應(yīng)情況檢查， 如：流量過程與水位過程是 否相應(yīng)，特征值的出現(xiàn)時(shí)間是否存在的矛盾。 特征值的合理性要求對 其數(shù)據(jù)的進(jìn)行必要的檢查， 是否因水位摘錄段次不夠， 而使特征值流 量存在錯(cuò)誤。應(yīng)用單值化方案推求時(shí)段流量的合理性檢查要求對其數(shù) 據(jù)的進(jìn)行必要的檢查， 落差站水位是否正確， 是否為插補(bǔ)值而非實(shí)際 摘錄值，落差變化是否連