《水文测验学》15——河道推流

概述一、流量数据处理方法水力因素型：Q=f(Z，X)X为水力因素时序型：Q=f(Z，t)水力因素型：单一曲线法，校正因数法，涨落比例法，特征河长法（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、落差指数法）时序型：连时序法，临时曲线法，改正水位法，改正系数法，连实测流量过程线法二、方法分类第一节单一曲线线法第二节校正因数法与特征河长法第三节落差法第四节时序型五种方法第五节各方法适用条件第十一章河道站流量的推求单一曲线法用于具有稳定的Z～Q关系的测站，用单一曲线法推求流量的测站，一般不允许Z～Q关系点随时间或水位级有系统偏离。第一节单一曲线法即在水位流量关系图中，通过点群中心定出Z～A、Z～V曲线，根据Q=V×A关系，定出Z～Q关系曲线一、单一曲线图解法以同一水位为纵坐标，自左向右，依次以流量、面积、流速为横坐标，点绘于坐标纸上，选定适当比例尺，使Z～Q、Z～A、Z～V关系曲线分别与横坐标大致呈45°、60°、60°的交角，并使三条曲线互不相交。Z～Q关系曲线应绘出上年末与下年初各3～5个测点，以确保年头年尾流量的衔接。定线要求曲线两边测次分布情况在中高水曲线两侧画出±5%(低水时为±8%)的外包线，须75%的测点数在外包线以内对外包线以外的突出点进行分析三条曲线相互对照，使曲线上查读的各级水位的流量，应等于相应的面积与流速的乘积，其偏差不超过±2%～±3%。如低水部分的读图误差超过2.5%，应另绘低水放大图定线时检验初步定线Example:onJialingRiver456060thehighandmediumstages%875%Q=AVthelowstagesextraordinaryandabnormalpoints关系曲线为单一曲线、使用时间较长的临时曲线及经单值化处理的单一线，且测点数在10个以上者，应做符号检验、适线检验和偏离数值检验。若要判定关系曲线是否发生显著性变化，还要进行t检验。二、单一水位流量关系曲线的检验符号检验适线检验偏离数值检验t检验四项检验目的：检验所定的Z～Q关系曲线两侧的测点分布是否均衡假设：Z～Q关系点分布在关系线两侧，若关系点在右侧为“+”，在左侧为“-”(在线上，则做“+”、“-”各半分配)。假设分布均衡，则“+”“-”出现概率相等。1.符号检验ZQ-------++++0(1)统计“+”或“-”的点数k(总测点数n=n++n-)(2)计算U值(3)根据显著性水平α，查下表1(双侧检验)得(4)比较U与Uk，若UUk，则假设成立；否则，重新定线n5.05.0n5.0ku符号检验的步骤21kuu标准正态分布图：常用临界值表1临界值表2(查)t2221t21tP(t)kα681015203060∞0.052.452.312.232.132.092.042.001.960.101.941.861.811.751.731.701.671.650.201.441.401.371.341.331.311.301.280.301.131.111.091.071.061.061.051.04α0.050.100.25U1-α/21.961.641.15U1-α1.641.28--21t2.适线检验目的：检验各级水位曲线两侧关系点的分布情况假设：Z～Q关系点按水位级排队，若两相邻关系点同为“+”或同为“-”，记作“0”，两相邻点异号记作“1”(n-1=n0+n1)。假设异号出现概率多，即适线性好。ZQ-+-+-+-+-+适线检验的步骤(1)统计“1”的次数为k(2)计算U值(3)根据显著性水平α，查表1得(注意：单侧检验)(4)比较U与Uk，若UUk，则假设成立；否则，重新定线1n5.05.0k)1n(5.0u+++--+-+---00101111001kuu3.偏离数值检验目的：检验测点偏离所定的Z～Q曲线的程度假设：各测点距离所定的Z～Q曲线偏离值为Pi。假设各点偏离数值均很小。ZQ偏离数值检验的步骤(1)计算平均相对偏离值(2)计算标准差(3)计算统计量t(4)由α和自由度k=n-1，查表2得(双侧检验)(5)比较t与tk，若∣t︱tk，则假设成立；否则，重新定线iPn1PnSSP1nPPS2iPSPt21ktt4.t检验目的：检验Z～Q关系曲线是否经过一段时间后发生了变化。假设：已知Z～Q曲线在不同时间的两组数据，假设这两组数据来自于同一总体，即曲线未发生变化。t检验的步骤(1)计算两组数据各自相对偏离值(2)计算平均相对偏离值(3)计算综合标准差(4)计算统计量t(5)由α和自由度k=n1+n2-2，查表2得(双侧检验)(6)比较t与tk，若∣t︱tk，则假设成立；否则重新定线1n1ii111Xn1XCiCii1i1QQQXCjCjj2j2QQQX2n1jj222Xn1X2nnXXXXS21n1in1j22j221i1122121n1n1SXXt21kttZ～Q关系曲线经过以上检验，合格后可以直接用于推流三、单一水位流量关系曲线推流第二节校正因数法与特征河长法两种方法均适用于受洪水涨落影响的测站均属于水力因数型方法此法适用于单式洪水绳套如复式绳套，分解成单式绳套后，也可用此方法根据洪水流量方程一、校正因数法dtdZUS11QQCCmcmcmcmQQ:0tZQQ:0tZQQ:0tZ落水：峰谷：涨水：(1)计算涨落率(2)Z～Q关系曲线上，根据实测点中涨落率为0的点，再估算各实测点同水位稳定流时流量的大小，拟定稳定的Z～Qc1关系曲线(3)在Z～Qc1关系曲线上查得Qc1，计算校正因数dtdZ1.处理步骤dtdZ1QQUS121CmC已知实测流量Qm，相应水位Z，水位过程线(4)点绘Z～，通过点群中心定线(5)校正计算，在Z～关系曲线上查得各相应实测点的，计算Qc1’(6)Qc1’点到原Z～Q关系曲线上，若点密集分布原曲线两侧，且有75%的点与关系线的相对误差不超过±5%，则定线成功。若点散乱，需重新假设Z～Qc关系曲线，若点有局部偏离，则修改Z～关系曲线US1CUS1CUS1CUS1C1.处理步骤(续)cuS1Z(m)0tZ0tZZ～Qc)s/m(Q3QmQc0由所定的Z～Qc，Z～关系曲线和各时刻相应水位涨率，推得US1C2.校正因数法推流dtdZdtdZUS11QQCCm二、特征河长法此法适用于断面比较稳定，断面附近的上游无支流汇入，受洪水涨落影响的测站分为上游站水位法和本站水位后移法天然河道中，若稳定流时，水位、流量、河槽蓄量互呈单值函数关系。发生不稳定流时，若河段的中断面水位Z中，河槽蓄量W，下断面流量Q下三者之间呈单值函数关系，则此河段的长度称为特征河长L。特征河长的概念L上断面下断面1122Z中此法通过试错，找出上游水尺断面的水位与测流断面的流量为单一关系的上游站，建立Z上～Q关系，进行推流。(一)上游站水位法(二)本站水位后移法此法是用本站实测流量，与本站测流时间后移一个时段△T的水位建立关系，将绳套曲线转化成为单一的Z～Q关系曲线，进行推流。△T即为洪水波经过特征河长的传播时间τ的一半2T处理步骤：(1)从Z～t关系曲线中，选几个涨落率较大的测点，分别查出各实测点距离稳定的Z～Q曲线的水位差△Z(2)计算，取几点的平均值作为初试值Z12345671234567tQ△Z△TdtdZZT处理步骤：(3)若△T小于实际的τ/2，则后移的Z～Q线仍为逆时针绳套；若△T大于实际的τ/2，则后移的Z～Q线为顺时针绳套。依此规律来调整△T(4)选几个后移时间试算，当关系点与平均关系线相对偏差的标准差最小时，此后移时间为最终确定的后移时间(5)建立Zt+τ/2～Q关系曲线，进行推流第三节落差法适用于受变动回水影响的测站，也适用于受洪水涨落影响，只要比降与落差关系较好的测站均属于水力因数型方法基本关系式2121ZZQQ)Z,Z(fQ等落差法定落差法正常落差法落差指数法四种方法使用条件：具有固定测流断面比降与落差之间关系稳定落差较大处有足够多的测次一、等落差法基本关系式：建立水位～落差～流量关系图，进行推流),(ZZfQ下上落差ZZZ:ZZQZ0.30.40.50.6适用于断面比较均匀，河底比较平坦，在不受回水影响时，水面比降接近河底坡度的测站基本关系式二、定落差法cmcmZZQQQm－－实测流量△Zm－－实测流量时相应实测落差Qc－－与实测流量同水位时定落差的流量△Zc－－定落差1.用试错法定线已知实测流量Qm，落差△Zm，相应水位Z(1)在Z～Qm点上注相应落差△Zm，选最大者为定落差△Zc，计算(2)绘出Z～Qc1点，并定关系曲线(3)由相应水位，在Z～Qc1关系曲线上查得Qc2，计算(Qm/Qc2)和(△Zm/△Zc)(4)点绘经过(1,1)的曲线，在曲线上查得校正的(Qm/Qc)(5)计算Qc’=Qm/(Qm/Qc)(6)如Z～Qc’点密集分布在原曲线两侧，则定线成功Cmm1CZ/ZQQCmCmQQ~ZZ由Z在Z～Qc曲线上查得Qc，计算，并在曲线上查出对应的值，则可得Z对应的流量Qm=Qc()CmCmQQ~ZZ2.推流CmZZCmQQCmQQ三、正常落差法适用于河段不平整，有时受到回水影响，有时又不受回水影响的测站基本关系式nmnmZZQQQn－－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，而是随水位变化的，因此要定出水位Z与正常落差△Zn的关系曲线与定落差法区别：1.用试错法定线已知实测流量Qm，落差△Zm，相应水位Z(1)过Z～Qm关系图上靠右边的测点点群中心定出一条曲线，即Z～Qn关系曲线(2)设β=0.5，由图上查得的Qn计算出各实测点相应△Zn，点绘Z～△Zn关系曲线，图上查得相应△Zn(3)计算，点绘关系曲线，在曲线上查得，求出Qn(4)点绘Z～Qn点，若点密集分布在原曲线两侧，则定线成功nmnmQQZZ和nmnmQQ~ZZnmQQ2.推流由水位Z和落差△Zm在Z～△Zn和Z～Qn关系曲线上查得△Zn、Qn，计算，并在曲线上查出对应的值，则可由Qn计算出QmnmnmQQ~ZZnmQQnmZZ四、落差指数法适用于断面基本稳定，受变动回水或变动回水及洪水涨落综合影响的测站基本关系式ZQ)Z(fβ值通过试算，根据方差或标准差最小的原则来优选Sminβ最优S1i1.优选β值(1)先假设一个“β1”值，计算(2)点绘Zm～qm关系曲线，求出各关系点偏离关系曲线的标准差S1(3)再假设一“β2”值，同上，求出S2，比较S1、S2(4)假设几个“β”值后，优选出S值最小时对应的β值为最终结果1ZQqmm1nQQQSn1i2mim12.推流由水位Z在Z～关系曲线上推出，再由β与△Z计算出Qm值ZQmZQm第四节时序型五种方法一、连时序法二、临时曲线法三、改正水位法四、改正系数法五、连实测流量过程线法即主要根据流量变化的连续性，按照实测流量点的时序连成关系曲线的整编方法适用于受某一因素或综合因素影响而流量连续变化的测站，使用广泛要求：测流次数较多，并能控制水位流量关系的转折点一、连时序法定线时，先绘制Z～A、Z～V曲线，依测点时序分析，按各时段影响因素特点，定出Z～Q关系曲线分析定线时，Z～t过程线是必不可少的。在水位过程线上，要醒目地注明各实测流量测次位置，特别是在峰、谷附近。因为实测点在峰谷前后的位置，有时会对Z～Q关系线有较大影响处理步骤：受断面冲淤影