第6章_水位、流量資料整編

1、水位流量關系曲線的高低水延長水位流量關系曲線的高低水延長 水文站的基本任務就是測定所在河段的水位和流水文站的基本任務就是測定所在河段的水位和流量，為生產(chǎn)建設提供連續(xù)、完整的水文資料。因此，在量，為生產(chǎn)建設提供連續(xù)、完整的水文資料。因此，在安排流量測次時，應保證能控制整個水位變化內(nèi)的流量安排流量測次時，應保證能控制整個水位變化內(nèi)的流量變化過程變化過程。但是。但是在某些困難條件下在某些困難條件下 ，由于測驗條件的，由于測驗條件的限制或某些不可抗御的自然因素，往往出現(xiàn)漏測或缺測限制或某些不可抗御的自然因素，往往出現(xiàn)漏測或缺測。如高水時因洪水漲落過快。歷時較短，水情險惡，漂。如高水時因洪水漲落過快。歷

2、時較短，水情險惡，漂浮物多?；蚴艿卣稹⒗讚舻扔绊?，使測驗工作難以實施浮物多?；蚴艿卣?、雷擊等影響，使測驗工作難以實施；低水時因受測驗條件或儀器性能的制約，也可能缺測；低水時因受測驗條件或儀器性能的制約，也可能缺測枯水流量?？菟髁俊Ｔ诖饲闆r下，就需要將水位流量關系曲線向在此情況下，就需要將水位流量關系曲線向高、低水部分延長。高、低水部分延長。 另一方面，在另一方面，在水利水電工程規(guī)劃設計中，關系曲線的延水利水電工程規(guī)劃設計中，關系曲線的延長和流量插補常用于推求歷史洪水洪峰，它們對推求設長和流量插補常用于推求歷史洪水洪峰，它們對推求設計洪峰流量或設計洪水總量影響很大。關系曲線的延長計洪峰流量或設

3、計洪水總量影響很大。關系曲線的延長和流量插補還常用于推求歷史枯水，枯水期雖流量不大和流量插補還常用于推求歷史枯水，枯水期雖流量不大，但因歷時較長，對確定電站的裝機容量或渠道的灌溉，但因歷時較長，對確定電站的裝機容量或渠道的灌溉引水量等都有直接影響。因此，對于延長或插補工作都引水量等都有直接影響。因此，對于延長或插補工作都應十分慎重應十分慎重，一般要求，一般要求高水外延幅度不超過當年實測水高水外延幅度不超過當年實測水位變幅的位變幅的30， 低水外延不超過低水外延不超過10。一、水位流量關系曲線的高水延長一、水位流量關系曲線的高水延長 高水延長的主要依據(jù)實測大斷面資料。高水延長的主要依據(jù)實測大斷面

4、資料。在斷面無在斷面無嚴重沖淤變化時，一般可用水位面積、水位流速關系嚴重沖淤變化時，一般可用水位面積、水位流速關系曲線法，水力學公式法等延長。曲線法，水力學公式法等延長。若歷年水位流量關系若歷年水位流量關系較穩(wěn)定時，可參考鄰近年份的曲線趨勢延長。有歷史較穩(wěn)定時，可參考鄰近年份的曲線趨勢延長。有歷史洪水調查資料時，也可用作延長曲線的參考。洪水調查資料時，也可用作延長曲線的參考。如果斷面如果斷面變化劇烈，峰前峰后實測大斷面不能代表高水斷面、延變化劇烈，峰前峰后實測大斷面不能代表高水斷面、延長困難時，則需借用上下游測站的高水實測流量資料來長困難時，則需借用上下游測站的高水實測流量資料來延長。延長。

5、（一）根據(jù)水位面積、水位流速關系作高低水延長（一）根據(jù)水位面積、水位流速關系作高低水延長 河床比較穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流邊關系點河床比較穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流邊關系點子常較集中，曲線趨向明顯，可根據(jù)水位面積、水位流子常較集中，曲線趨向明顯，可根據(jù)水位面積、水位流速關系曲線來延長高低水位的水位流量關系曲線，高水速關系曲線來延長高低水位的水位流量關系曲線，高水延長方法如下：延長方法如下： 先根據(jù)最近文測的大斷面資料，繪制水位面積關先根據(jù)最近文測的大斷面資料，繪制水位面積關系曲線。系曲線。 高水位的水位流速關系曲線通常趨近于直線，且高水位的水位流速關系曲線通常趨近于直線，且與縱軸接近平行

6、。根據(jù)這種特性，順趨勢延長實測的水與縱軸接近平行。根據(jù)這種特性，順趨勢延長實測的水位流速關系曲線。位流速關系曲線。 將延長部分將延長部分的各級水位的流的各級水位的流速乘以相應面積速乘以相應面積即得流量，并定即得流量，并定出延長的水位流出延長的水位流量關系曲線。量關系曲線。 （二）曼寧公式法延長（二）曼寧公式法延長 適用于斷面均勻穩(wěn)定，河道順直河底平坦的測站適用于斷面均勻穩(wěn)定，河道順直河底平坦的測站。在。在延長水位流量關系時，曼寧公式中的水力半徑通延長水位流量關系時，曼寧公式中的水力半徑通常用斷面平均水深常用斷面平均水深 代替代替，只要分別求得運用于高水，只要分別求得運用于高水的河床糙率的河床糙

7、率 和水面比降和水面比降 ，即可計算高水流速，并，即可計算高水流速，并據(jù)以作高水延長。據(jù)以作高水延長。 1.有比降資料有比降資料 由實測資料代入曼寧公式反求糙率由實測資料代入曼寧公式反求糙率再點繪再點繪 關系點，定出關系線，延長該線。由實關系點，定出關系線，延長該線。由實測高水位查測高水位查 線。由大斷面資料計算線。由大斷面資料計算 ，代入曼，代入曼dnS2/13/21SdnVn），（nZnZd寧公式求高水流速，據(jù)此可延長寧公式求高水流速，據(jù)此可延長 。由大斷面資。由大斷面資料可計算高水面積，這樣就可延長料可計算高水面積，這樣就可延長 曲線了。曲線了。 2.無比降資料無比降資料 根據(jù)實測流量用

8、曼寧公式計算根據(jù)實測流量用曼寧公式計算 ，繪制，繪制線線。在河道順直，斷面均勻，坡度平緩的測站，高水部在河道順直，斷面均勻，坡度平緩的測站，高水部分分 接近于常數(shù)，接近于常數(shù)， 關系線在高水部分可順關系線在高水部分可順趨勢延長。因趨勢延長。因故，由高水水位通過大斷面可計算故，由高水水位通過大斷面可計算 ，查，查 可可得得 也即得也即得 求出求出 這樣就可延長這樣就可延長 曲線曲線 和和 曲線了。曲線了。VZQZ2/11Sn2/11SnZ 2/ 11SnZ 2/11Sn 3/22/11dVSnd2/11SnZ 2/11Sn 3/2dVVZQZ （三）用（三）用 曲線法延長曲線法延長 方法適用于斷

9、面無明顯沖淤、水深不大，但水面方法適用于斷面無明顯沖淤、水深不大，但水面較寬的單式河槽，且較寬的單式河槽，且高水糙率和比降變化不大的測站高水糙率和比降變化不大的測站，由謝才公式，由謝才公式高水時高水時 近似為常數(shù)，因此近似為常數(shù)，因此這是一直線關系，容易定線，由實測資料繪制這是一直線關系，容易定線，由實測資料繪制 。線并延長，再根據(jù)實測大斷面資料計算并點繪線并延長，再根據(jù)實測大斷面資料計算并點繪 關系曲線，將該線順勢直線延長，關系曲線，將該線順勢直線延長，dAQdASCSdCARSCAQSCdAkQdAZ dAQ以高水位水位在以高水位水位在 曲線上查出曲線上查出 值，然后用值，然后用此值在此值

10、在 曲線上查出相應的曲線上查出相應的Q值，根據(jù)對應的值，根據(jù)對應的(Z、Q)點，便可實現(xiàn)水位流量關系曲線的高水延長點，便可實現(xiàn)水位流量關系曲線的高水延長，如圖，如圖667所示。所示。dAZ dAdAQ二、水位流量關系曲線的低水延長二、水位流量關系曲線的低水延長 確定斷流水位，以斷流點作控制，按趨勢向下外確定斷流水位，以斷流點作控制，按趨勢向下外延延 關系線。關系線。 （一）根據(jù)測站縱橫斷面圖確定（一）根據(jù)測站縱橫斷面圖確定QZ斷面縱斷面圖橫斷面圖 （二）分析法確定斷流水位（二）分析法確定斷流水位 當無條件采用上述方法確定斷流水位時、只要斷當無條件采用上述方法確定斷流水位時、只要斷面整齊，在面整

11、齊，在延長部分的水位變幅內(nèi)河寬無顯著變化，且延長部分的水位變幅內(nèi)河寬無顯著變化，且無分流、淺灘存在時，可以采用此法無分流、淺灘存在時，可以采用此法來確定斷流水位。來確定斷流水位。這時，假定關系曲線的低水部分可用以下方程式表示：這時，假定關系曲線的低水部分可用以下方程式表示： 在水位流量關系曲線的中、低水彎曲部分，依次在水位流量關系曲線的中、低水彎曲部分，依次選取選取a、b、c三點，使三點流量滿足三點，使三點流量滿足 因因三點在曲線上，可知：三點在曲線上，可知： 三點方程代入三點方程代入 可解出可解出caQQQb0ZZKQ000ZZKQZZKQZZKQccbbaacaQQQbbcabcaZZZZ

12、ZZZ220斷流水位0ZQZaCb流量資料的合理性檢查流量資料的合理性檢查 整編成果的合理性檢查就是整編成果的合理性檢查就是通過各種水文要素通過各種水文要素的時空分布規(guī)律，進一步論證整編成果的合理性的時空分布規(guī)律，進一步論證整編成果的合理性，并，并從中發(fā)現(xiàn)整編成果中的問題，予以妥善處理，以保證從中發(fā)現(xiàn)整編成果中的問題，予以妥善處理，以保證整編成果的質量同時對未來測驗工作提出改進意見整編成果的質量同時對未來測驗工作提出改進意見或建議。具體檢查方法有單站檢查與綜合性檢查兩類或建議。具體檢查方法有單站檢查與綜合性檢查兩類。一、單站合理性檢查一、單站合理性檢查 （一）歷年水位流量關系曲線的對照（一）歷

13、年水位流量關系曲線的對照 適用于測站控制好，歷年水位流量關系曲線為單適用于測站控制好，歷年水位流量關系曲線為單一線的測站。一線的測站。 （二）流量、水位過程線對照（二）流量、水位過程線對照 各種情況均適用。各種情況均適用。二、綜合性檢查二、綜合性檢查 （一）上下游洪峰流量過程線及洪水總量對照檢查（一）上下游洪峰流量過程線及洪水總量對照檢查 檢查洪水沿河長演進時上下游流量過程是否相應檢查洪水沿河長演進時上下游流量過程是否相應，洪峰流量沿河長的變化規(guī)律及其時間是否相應，在考，洪峰流量沿河長的變化規(guī)律及其時間是否相應，在考慮到區(qū)間來水與河槽調蓄作用等因素后，檢查一次洪水慮到區(qū)間來水與河槽調蓄作用等因

14、素后，檢查一次洪水的總量量是否基本平衡。的總量量是否基本平衡。 （二）上下游日平均流量過程線對照檢查（二）上下游日平均流量過程線對照檢查 檢查上下游流量過程是否相應。檢查上下游流量過程是否相應。 （三）上下游月、年平均流量對照檢查（三）上下游月、年平均流量對照檢查 檢查上下游水量是否平衡。檢查上下游水量是否平衡。 （四）上下游月、年最大最小、流量對照檢查（四）上下游月、年最大最小、流量對照檢查 檢查上下游數(shù)據(jù)有無矛盾。檢查上下游數(shù)據(jù)有無矛盾。 （五）水庫水量平衡檢查（五）水庫水量平衡檢查 檢查水庫上、下游水量是否平衡。檢查水庫上、下游水量是否平衡。流量資料統(tǒng)計和洪水水文要素摘錄流量資料統(tǒng)計和洪

15、水水文要素摘錄一、流量資料統(tǒng)計一、流量資料統(tǒng)計 內(nèi)容：日平均流量的計算，日平均流量表的編制。內(nèi)容：日平均流量的計算，日平均流量表的編制。 （一）日平均流量的計算（一）日平均流量的計算 1.用瞬時水位推求日平均流量用瞬時水位推求日平均流量 先用瞬時水位查水位流量關系，再計算日平均流量先用瞬時水位查水位流量關系，再計算日平均流量 （1）面積包圍法）面積包圍法 適用于洪水期或水位不等時距觀測情況。適用于洪水期或水位不等時距觀測情況。日平均流量計算的面積包圍法示意圖日平均流量計算的面積包圍法示意圖1ntnt3t1t2t nQ1nQ0Q1Q2Q3QQ 算術平均法算術平均法 適用于流量變化不大期間或水位等

16、時距觀測情況。適用于流量變化不大期間或水位等時距觀測情況。 2.日平均水位推求日平均流量日平均水位推求日平均流量 適用于一日內(nèi)流量變化不大的情況。適用于一日內(nèi)流量變化不大的情況。 （二）逐日平均流量表的編制（二）逐日平均流量表的編制(見教材見教材)二、洪水水文要素摘錄二、洪水水文要素摘錄 洪水水文要素摘錄就是把測站汛期內(nèi)的主要水文洪水水文要素摘錄就是把測站汛期內(nèi)的主要水文要素（水位、流量、含沙量）資料及其變化完整的摘要素（水位、流量、含沙量）資料及其變化完整的摘錄，編入錄，編入洪水水文要素摘錄表洪水水文要素摘錄表。編制的方法見表。編制的方法見表6-9。 （一）摘錄的原則和方法（見教材）（一）摘

17、錄的原則和方法（見教材） 水位流量關系的檢驗及實測流量標準差水位流量關系的檢驗及實測流量標準差的估算的估算一、水位流量關系的檢驗一、水位流量關系的檢驗 目的目的:檢驗水位流量關系曲線是否合理，有無系統(tǒng)檢驗水位流量關系曲線是否合理，有無系統(tǒng)偏離（系統(tǒng)誤差）偏離（系統(tǒng)誤差） 為正確繪制水位流量關系曲線，按照國際標推化組為正確繪制水位流量關系曲線，按照國際標推化組織織(ISO)1100-2的要求，應進行三項檢驗，即：符號的要求，應進行三項檢驗，即：符號檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗。檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗。 統(tǒng)計檢驗均是統(tǒng)計檢驗均是“假設檢驗假設檢驗”，即進行檢驗時，即進行檢驗時先要先要作作一定

18、的假設，并構造一個統(tǒng)計量，通過實測資料來計一定的假設，并構造一個統(tǒng)計量，通過實測資料來計算該統(tǒng)計量，以檢驗該假設能否成立。算該統(tǒng)計量，以檢驗該假設能否成立。（一）符號檢驗（一）符號檢驗 作用：作用：檢驗曲線兩側點據(jù)分布是否均衡。檢驗曲線兩側點據(jù)分布是否均衡。 原理：原理：假設所定曲線假設所定曲線無系統(tǒng)誤差無系統(tǒng)誤差，則實測點據(jù)，則實測點據(jù)偏離偏離曲線是曲線是隨機誤差引起隨機誤差引起。由。由隨機誤差的性質隨機誤差的性質知，其出現(xiàn)知，其出現(xiàn)正負誤差的概率均為正負誤差的概率均為1/2，誤差，誤差正負符號的分布服從二正負符號的分布服從二項式分布項式分布。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，在。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，在n次獨

19、立試驗中，發(fā)次獨立試驗中，發(fā)生正號（或負號）生正號（或負號）k次的概率為：次的概率為：二項式分布總體的均值為二項式分布總體的均值為:二項式分布總體的標準差為二項式分布總體的標準差為: 二項式分布的極限分布為正態(tài)分布二項式分布的極限分布為正態(tài)分布，即當，即當n趨于無趨于無窮大時，二項式分布趨于正態(tài)分布。因此，當窮大時，二項式分布趨于正態(tài)分布。因此，當n較大時較大時nkpknkknkxqpC,2, 1 ,0)(pnuqpn可用正態(tài)分布代替二項式分布，但應作可用正態(tài)分布代替二項式分布，但應作技術處理技術處理，將，將離離散的二項式分布散的二項式分布與與連續(xù)的正態(tài)分布連續(xù)的正態(tài)分布聯(lián)系聯(lián)系起來。為了將離

20、起來。為了將離散型的二項分布與連續(xù)型的正態(tài)分布聯(lián)系起來?？砂央x散型的二項分布與連續(xù)型的正態(tài)分布聯(lián)系起來?？砂央x散型分布中發(fā)生散型分布中發(fā)生 次的概率看成連續(xù)個次的概率看成連續(xù)個之間的概率，即之間的概率，即令：令： k5 . 0, 5 . 0kk5 . 05 . 0)()(kkkxdxxfp5 . 0)()(kkxdxxfp(b)(a)式中式中為正態(tài)分布。為正態(tài)分布。 式（式（b）說明）說明求二項分布求二項分布 的概率值等價于求的概率值等價于求正態(tài)分布正態(tài)分布 的概率值的概率值。 令令可進一步可進一步將（將（c）式化為標準正態(tài)分布）式化為標準正態(tài)分布。pnuqpnexfux，22221)()(k

21、xp)5 . 0(kxf（C）qpnpnxuxy2221)(yeyf（d） 現(xiàn)現(xiàn)假設原問題服從假設原問題服從 的二項式分布的二項式分布，則，則 及及 為小概率事件，它們分別等價于為小概率事件，它們分別等價于 及及 兩種情況，對應有兩種情況，對應有合并兩種情況，取統(tǒng)計量合并兩種情況，取統(tǒng)計量取顯著水平為取顯著水平為 則在則在置信水平置信水平 下，如果有下，如果有則拒絕原假設，則拒絕原假設，即拒絕正號（或負號）服從二項式分即拒絕正號（或負號）服從二項式分2/ 1qp2/nk 2/nk 0y0y05 .05 .05 .05 .05 .0nnknnxqpnpnxuxynnkU5 .05 .05 .01

22、2/1 UU05 .05 .05 .05 .05 .0nnknnxqpnpnxuxy布的假設，這就意味著定線不合理，反之合理。布的假設，這就意味著定線不合理，反之合理。 檢驗方法：檢驗方法：實例說明（見教材）實例說明（見教材） 。 （二）適線檢驗（二）適線檢驗 作用：作用：檢驗曲線兩側點據(jù)分布是否有系統(tǒng)偏離。檢驗曲線兩側點據(jù)分布是否有系統(tǒng)偏離。 原理：原理：如果所定曲線兩側點據(jù)分布沒有系統(tǒng)偏離如果所定曲線兩側點據(jù)分布沒有系統(tǒng)偏離，實測點按水位遞增，其偏離曲線正負符號的排列情，實測點按水位遞增，其偏離曲線正負符號的排列情況應均等。況應均等。 檢驗方法：檢驗方法：將實測點按水位遞增順序排列，統(tǒng)計將

23、實測點按水位遞增順序排列，統(tǒng)計每個測點偏離曲線的正負號，再從第二低水位點起，每個測點偏離曲線的正負號，再從第二低水位點起，依次與前一低水位點的符號相比，同號記位依次與前一低水位點的符號相比，同號記位0，異號記，異號記位位1，然后統(tǒng)計出現(xiàn)，然后統(tǒng)計出現(xiàn)1的個數(shù)。出現(xiàn)的個數(shù)。出現(xiàn)1的個數(shù)多，說明的個數(shù)多，說明定線合理，反之，可能測點有系統(tǒng)偏離。如下圖的情定線合理，反之，可能測點有系統(tǒng)偏離。如下圖的情況。對出現(xiàn)況。對出現(xiàn)1的個數(shù)進行檢驗，方法與符號檢驗類似的個數(shù)進行檢驗，方法與符號檢驗類似，用實例說明（見教材）。，用實例說明（見教材）。ZQ正負誤差出正負誤差出現(xiàn)相等，可現(xiàn)相等，可以通過符號以通過符號

24、檢驗，但可檢驗，但可明顯看出高明顯看出高水和低水有水和低水有系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差。測點與關系曲線的系統(tǒng)偏離示意圖測點與關系曲線的系統(tǒng)偏離示意圖偏離符號：偏離符號： 符號變化：符號變化： 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0（三）偏離數(shù)值檢驗（三）偏離數(shù)值檢驗 偏離數(shù)值檢驗是檢查測點偏離關系線的平均偏離偏離數(shù)值檢驗是檢查測點偏離關系線的平均偏離值（平均相對誤差），借以論證關系線定得是否合理值（平均相對誤差），借以論證關系線定得是否合理。 檢驗方法：檢驗方法：設測點與關系曲線的相對偏離值為設測點與關系曲線的相對偏離值為 實測流量。實測流量。 曲線查讀流量。曲線查讀流量。 niQQQpi

25、cicii,2, 1,iQicQ,ZQ前兩種檢驗都前兩種檢驗都能通過，但測能通過，但測點有明顯系統(tǒng)點有明顯系統(tǒng)偏離。偏離。則平均偏離值為則平均偏離值為 的樣本標準差為的樣本標準差為 一般一般可認為服從正態(tài)分布可認為服從正態(tài)分布 。數(shù)理統(tǒng)計數(shù)理統(tǒng)計可以證明若隨機變量可以證明若隨機變量 服從正態(tài)分布服從正態(tài)分布則其樣本均值則其樣本均值 也是隨機變量且服從正態(tài)分布也是隨機變量且服從正態(tài)分布樣本標準差樣本標準差 也是隨機變量且服從也是隨機變量且服從 分布，統(tǒng)計量分布，統(tǒng)計量niipnp11) 1(2nppSiipipip), 0(2N)/, 0(2nN), 0(2NpS) 1(2n服從服從 分布。分布

26、。顯然，顯然，如果假設統(tǒng)計量如果假設統(tǒng)計量 與與0沒有顯著沒有顯著差異等價與假設差異等價與假設 與與0沒有顯著差異。沒有顯著差異。 在一定置信限在一定置信限 水平下檢驗假設是否成立？水平下檢驗假設是否成立？查查 分布表相應于分布表相應于 的臨界值的臨界值 ，若，若 則接則接受原假設（定線合理），否則拒絕原假設（定線不合理受原假設（定線合理），否則拒絕原假設（定線不合理）。）。 （四）學生式（四）學生式 檢驗檢驗 檢驗兩組來自同一總體的樣本數(shù)據(jù)的平均值是否檢驗兩組來自同一總體的樣本數(shù)據(jù)的平均值是否有顯著差異？用于水文測驗上就是判斷兩組水位流量關有顯著差異？用于水文測驗上就是判斷兩組水位流量關系點

27、是否可以定為同一根關系曲線？系點是否可以定為同一根關系曲線？nSpTtp1)(nt12/1t2/1 tttT假設樣本假設樣本 和和 是抽取自同一正態(tài)總是抽取自同一正態(tài)總體體 的兩個樣本，其平均值分別的兩個樣本，其平均值分別 ， ；標準差；標準差分別為分別為 ， ；則可證明統(tǒng)計量；則可證明統(tǒng)計量服從服從 分布。分布。 對于給出的兩個樣本，假設其均值無顯著差異。對于給出的兩個樣本，假設其均值無顯著差異。構造統(tǒng)計量構造統(tǒng)計量 后，后，在一定置信限在一定置信限 水平下檢驗假設水平下檢驗假設是否成立？是否成立？查查 分布表相應于分布表相應于 的臨界值的臨界值 ，若，若 則接受原假設（兩樣本均值無顯著差異則接受原假設（兩樣本均值無顯著差異1,21nXXX