江德文

（安徽省蕪湖水文水資源局，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

洪水波在河道中傳播時(shí)，上游漲水早于下游，故河段比降較同水位下穩(wěn)定流時(shí)的比降大，而退水面時(shí)相反，洪水漲落時(shí)造成同水位下的流量Q漲＞Q ＞Q退，表現(xiàn)在水位流量關(guān)系圖上為逆時(shí)針繩套曲線。洪峰的形態(tài)不同，形成的繩套曲線也不同，這就要求流量測(cè)驗(yàn)的測(cè)次要足夠多，且要控制關(guān)鍵點(diǎn)位，對(duì)測(cè)流時(shí)機(jī)的把握及測(cè)驗(yàn)精度要求高，給測(cè)站帶來(lái)非常大的工作量，也給電算流量資料整編的程序高度自動(dòng)化帶來(lái)較大的困難。目前這類線型，還需人工定線，線型復(fù)雜，易于出錯(cuò)。因此，對(duì)水位流量關(guān)系曲線定線方法的研究與應(yīng)用就顯得尤為重要。根據(jù)現(xiàn)行的《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定，采用校正因數(shù)法不需要輔助站點(diǎn)，也可以對(duì)繩套曲線進(jìn)行單值化，不但使水文測(cè)驗(yàn)趨于最優(yōu)化，而且也為改革原有固守?cái)嗝娴臏y(cè)驗(yàn)方法提供了可能。不僅如此，校正因數(shù)法也為水文計(jì)算與水文預(yù)報(bào)在解決復(fù)雜的繩套型水位流量關(guān)系方面提供了一種手段。

1 校正因數(shù)法

1.1 基本原理

由于洪水上漲引起的水面比降大于穩(wěn)定流下水面比降，而退水面時(shí)反之，造成同水位下，洪水漲落時(shí)的流量Q漲＞Qc＞Q退，表現(xiàn)在水位流量關(guān)系圖上為逆時(shí)針繩套曲線。為消除因洪水漲落引起附加比降變化導(dǎo)致的同水位下漲退水面流量不相同現(xiàn)象，引入以穩(wěn)定流時(shí)比降sc和洪水波傳播速度u 以及漲落率Δz/Δt 為因子的流量校正因數(shù)[1+（1/usc）（Δz/Δt）]1/2。并假定同水位不同漲落率的流量符合公式：

式中：Qm—受洪水漲落影響時(shí)的流量，m3/s；

Qc—與Qm同水位的穩(wěn)定流量，m3/s；

u—洪水波傳播速度，m/s；

sc—穩(wěn)定流時(shí)比降；

Δz/Δt—Δt 時(shí)間內(nèi)水位增量，m；

[1+(1/usc)(Δz/Δt)]1/2—校正因數(shù)。

1.2 應(yīng)用方法和要求

選擇天然暢流狀態(tài)下只受洪水漲落影響期的實(shí)測(cè)流量資料作為校正因數(shù)法的研究對(duì)象，對(duì)篩選出的流量資料進(jìn)行定線并分析合理性，計(jì)算水位過(guò)程線上各摘錄水位點(diǎn)的漲落率Δz/Δt，求出各點(diǎn)對(duì)應(yīng)流量，計(jì)算出該次洪水洪量，并與原定繩套曲線所采用的連時(shí)序法所求得洪量進(jìn)行比較。本文重點(diǎn)為分析校正因數(shù)法，對(duì)后續(xù)洪量計(jì)算限于篇幅不再展開。根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL/T247-2020）的相關(guān)規(guī)定，采用校正因數(shù)法定線推流，應(yīng)符合下列要求：

（1）確定需采用校正因數(shù)法進(jìn)行校正的流量測(cè)次：水位流量關(guān)系呈單式繩套，對(duì)復(fù)式繩套分割后分別進(jìn)行校正。

（2）初步繪制z-Qc關(guān)系曲線：通過(guò)實(shí)測(cè)的水位流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)中心定一條穩(wěn)定時(shí)期的水位流量關(guān)系曲線。

（3）繪制z-1/usc關(guān)系曲線：根據(jù)水位過(guò)程計(jì)算各測(cè)點(diǎn)漲落率，由實(shí)測(cè)點(diǎn)的水位推得Qc值，按上述公式計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的1/usc值，繪出z-1/usc關(guān)系曲線。

（4）檢驗(yàn)z-Qc關(guān)系曲線：用各實(shí)測(cè)點(diǎn)的水位推得1/usc，用上述公式反算出Qc值，如果Qc與z-Qc關(guān)系曲線的偏差符合定單一曲線的要求，則認(rèn)為原定z-Qc關(guān)系曲線合格。否則，應(yīng)根據(jù)Qc對(duì)原定關(guān)系曲線進(jìn)行修正。

（5）根據(jù)水位過(guò)程計(jì)算漲落率Δz/Δt，再由水位推得Qc和1/usc值，按上述公式計(jì)算Qm即為所求流量。

2 實(shí)例驗(yàn)證

2.1 應(yīng)用測(cè)站概況

誓節(jié)水文站建于1987 年5 月，是皖南山區(qū)水陽(yáng)江支流郎川河西支汭水河的控制站，國(guó)家基本水文站，站址以上控制流域面積678km2，測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目包括降雨、水位、流量、懸移質(zhì)含沙量、墑情、水質(zhì)采樣，屬二類精度水文站。

該站測(cè)驗(yàn)河段較順直，左岸、右岸有堤防。該站基本斷面左岸堤防高程27.70m，右岸堤防高程26.80m，高水時(shí)河槽寬度約為90m。斷面形狀為“U”型，中高水控制良好，上游約100m 有鋼筋混凝土公路橋一座，下游約150m 為兩股分流在3km 處重新匯合。

洪水來(lái)源為上游降水，由于上游山區(qū)地形陡河流坡降大，河槽調(diào)蓄能力小，漲水歷時(shí)變幅為11～13h，洪峰滯時(shí)變幅1～3h；洪水過(guò)程一般為單峰型，暴漲暴落，復(fù)峰型較少，水位流量關(guān)系主要受洪水漲落及下游工況因素影響，高水表現(xiàn)為逆時(shí)針繩套關(guān)系，測(cè)次布置和資料整編，采用連時(shí)序法和臨時(shí)曲線法定線推流。

2.2 流量資料的選用

根據(jù)2016 年誓節(jié)水文站實(shí)測(cè)流量及相應(yīng)原始水位數(shù)據(jù)和流量定線整編情況，全年有2 個(gè)單式繩套曲線，本次篩選水位漲幅較大者，實(shí)測(cè)流量測(cè)次為56～65次。水文站實(shí)測(cè)流量成果見表1。

表1 2016 年誓節(jié)水文站實(shí)測(cè)流量成果表

誓節(jié)水文站2016 水位流量關(guān)系圖及相應(yīng)流量測(cè)次在水位過(guò)程線上分布圖，如圖1 和圖2 所示。

圖1 2016 年誓節(jié)水文站水位流量關(guān)系圖

圖2 誓節(jié)水文站2016 年6 月水位過(guò)程線

2.3 繪制z-Qc 關(guān)系曲線

繪制z-Qc關(guān)系曲線，通過(guò)選用的實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)中心定一條穩(wěn)定時(shí)期的水位流量關(guān)系曲線，如圖3 所示。

圖3 誓節(jié)水文站2016 年z-Qc 關(guān)系曲線圖

2.4 繪制z-1/usc 關(guān)系曲線

根據(jù)水位過(guò)程計(jì)算各測(cè)點(diǎn)漲落率，由實(shí)測(cè)點(diǎn)的水位查圖3 關(guān)系曲線得Qc值，按校正因數(shù)法公式計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的1/usc值，繪出z-1/usc關(guān)系曲線，如圖4。

圖4 誓節(jié)水文站2016 年z-1/usc 關(guān)系曲線圖

2.5 繪制校正因數(shù)法水位流量關(guān)系曲線圖

為了檢驗(yàn)校正計(jì)算是否成功，根據(jù)實(shí)測(cè)點(diǎn)的水位與反算出的Qc值，在原圖上點(diǎn)繪z-Qc關(guān)系點(diǎn)，查看關(guān)系點(diǎn)分布情況，是否緊密分布在原定的穩(wěn)定期水位流量關(guān)系曲線兩旁。繪制校正因數(shù)法水位流量關(guān)系曲線圖，如圖5。

圖5 誓節(jié)水文站2016 年校正因數(shù)法水位流量關(guān)系曲線圖

2.6 檢驗(yàn)z-Qc 關(guān)系曲線

用各實(shí)測(cè)點(diǎn)的水位推得1/usc，用校正因數(shù)法公式反算出Qc值，并計(jì)算反算出的Qc對(duì)z-Qc關(guān)系曲線的偏差，檢驗(yàn)的偏差應(yīng)符合定單一曲線的要求，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 2016 年誓節(jié)水文站z-Qc 關(guān)系曲線檢驗(yàn)表

從上述2016 年z-Qc關(guān)系曲線計(jì)算結(jié)果可以看出，該關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差小于1，隨機(jī)不確定度小于10，符合《水文資料整編規(guī)范》（SL/T247-2020）關(guān)于二類精度站單一線定線要求，該z-Qc關(guān)系曲線定線合理。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)誓節(jié)水文站2016 年一次單式繩套曲線試算，驗(yàn)證了校正因數(shù)法可以較好地應(yīng)用于受洪水影響下水位流量關(guān)系的定線推流。

（2）對(duì)誓節(jié)水文站而言，水位流量關(guān)系單值化只在高水部分效果明顯，用單值化方法可以部分解決中高水水位流量關(guān)系定線問(wèn)題。

（3）本次限于單站資料，不需要輔助站點(diǎn)，也可以對(duì)繩套曲線進(jìn)行單值化，對(duì)于參證站點(diǎn)數(shù)量較少的河道站進(jìn)行流量資料整編是不錯(cuò)的選擇和借鑒。

（4）比較其他方法進(jìn)行單值化處理節(jié)省工作量，便于電算整編■