《水文测验学》15——河道推流

1、概概 述述 一、流量数据处理方法一、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 第十一章第十一章 河道站流量的推求河道站流量的推求 单一曲线法用于具有稳定的ZQ关系的测站，

2、 用单一曲线法推求流量的测站，一般不允许ZQ关 系点随时间或水位级有系统偏离。 第一节第一节 单一曲线法单一曲线法 即在水位流量关系图中，通过点群中心定出 ZA、ZV曲线，根据Q=VA关系，定出ZQ 关系曲线 一、单一曲线图解法一、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ZQ、ZA、ZV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。 ZQ关系曲线应绘出上年末与下年初各35个测 点，以确保年头年尾流量的衔接。 定线要求定线要求 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

3、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 定线时检验定线时检验 初步定线初步定线 Example: on Jialing River 45 60 60 the high and medium stages %8 75% Q=AV the low stages extraordinary and abnormal points 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

4、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 四项检验四项检验 目的： 检验所定的ZQ关系曲线两侧的测点分布是否 均衡 假设：ZQ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. 符号检验符号检验 Z Q - - - - - - - + + + + 0 (1)统计“+”或“-”的点数k(总测点数n=n+n-) (2)计算

5、U值 (3)根据显著性水平，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 .0 5 .0n5 .0k u 符号检验的步骤符号检验的步骤 2 1 k uu 标准正态分布图： 常用临界值表1 临界值表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. 适线检验适线检验 目的： 检验各级水位曲线两侧关系点的分布情况 假设：ZQ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。 Z Q - + - + - + - + - + 适线检验的步骤适线检验的步骤 (1)统计“1” 的次数为k (2)计算U值 (3)根据显著性水平，查表1得 (注意：单侧检验)

7、(4)比较U与Uk，若UUk，则假设成立；否则， 重新定线 1n5 . 0 5 . 0k) 1n(5 . 0 u + + + - - + - + - - - 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1k uu 3. 偏离数值检验偏离数值检验 目的： 检验测点偏离所定的ZQ曲线的程度 假设：各测点距离所定的ZQ曲线偏离 值为Pi。假设各点偏离数值均很小。 Z Q 偏离数值检验的步骤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)由和自由度k=n-1，查表2得 (双侧检验) (5)比较t与t k，若 t t k，则假设成立；否则，重 新定线 i P n 1

8、 P n S SP 1n PP S 2 i P S P t 21k tt 4. t 检验检验 目的： 检验ZQ关系曲线是否经过一段时间后 发生了变化。 假设：已知ZQ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)由和自由度k=n1+n2-2，查表2得 (双侧检验) (6)比较t与t k，若 t t k，则假设成立；否则重新定线 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三、单一水位流量关系曲线推流 第二节第二节 校正因数法与特征河长法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、校正因数法一、校正因数法 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： 涨水： (1)计算涨落率 (2)ZQ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 ZQc1关系曲线 (3)在ZQc1关系曲线上查得Qc1 ，计算校正因数 dt dZ 1. 处理步骤处理步骤 dt dZ 1 Q Q US 1 2 1C m C 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ZQ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

11、不超过5%，则定 线成功。若点散乱，需重新假设ZQc关系曲线，若点有 局部偏离，则修改Z 关系曲线 US 1 C US 1 C US 1 C US 1 C 1. 处理步骤处理步骤(续续) 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 关系曲线和各时 刻相应水位涨率 ，推得 US 1 C 2. 校正因数法推流校正因数法推流 dt dZ dt dZ US 1 1QQ C Cm 二、特征河长法二、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

12、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。 特征河长的概念特征河长的概念 L 上断面下断面 11 2 2 Z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 ZQ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的一半 2 T 处理步骤：处理

13、步骤： (1)从Zt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ZQ曲线的水位差Z (2)计算 ，取几点的平均值作为初试值 Z 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 tQ Z T dtdZ Z T 处理步骤：处理步骤： (3)若T小于实际的/2，则后移的ZQ线仍为逆时针绳 套；若T大于实际的/2，则后移的ZQ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+/2Q关系曲线，进行推流 第三节第三节 落差法落差法 适用于受变动回水影响的测站，也适用于受洪水

14、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 2 1 2 1 Z Z Q Q )Z,Z(fQ 等落差法 定落差法 正常落差法 落差指数法 四种方法四种方法 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 Z Q Z 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、定落差法二、定落差法 c m c m Z Z Q Q Qm 实测流量 Zm 实测流

15、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. 用试错法定线用试错法定线 已知实测流量Qm，落差Zm，相应水位Z (1)在ZQm点上注相应落差Zm，选最大者为定落差Zc，计算 (2)绘出ZQc1点，并定关系曲线 (3)由相应水位，在ZQc1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 Cmm1C Z/ZQQ C m C m Q Q Z Z 由Z在ZQc曲线上查得Qc，计算 ，并在 曲线

16、上查出对应的 值，则可得Z对应的流量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 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 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：与定落差法区别： 1. 用试错法定线用试错法定线 已知实测流量Qm，落差Zm，相应水位Z (1)过ZQm关系图上靠右边的测点点群中心定出一条

17、曲线，即 ZQn关系曲线 (2)设=0.5，由图上查得的Qn计算出各实测点相应Zn，点绘 ZZn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ZQn点，若点密集分布在原曲线两侧，则定线成功 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Qm n m n m Q Q Z Z n m Q Q n m Z Z 四、落差指数法四、落差指数法 适用于断面基本稳定，受变动回水或变动 回水

18、及洪水涨落综合影响的测站 基本关系式 Z Q )Z(f 值通过试算，根据方差或标准差最小的原则来优选 Smin 最优 S 1 i 1. 优选优选值值 (1)先假设一个“1”值，计算 (2)点绘Zmqm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“2”值，同上，求出S2，比较S1 、S2 (4)假设几个“”值后，优选出S值最小时对应的值 为最终结果 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 关系曲线上推出 ， 再由与Z计算出Qm值 Z Qm Z Qm 第四节第四节 时序型五种方法时序型五种方法 一、连时序法 二、临时

19、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、连时序法一、连时序法 定线时，先绘制ZA、ZV曲线，依测点时序分析，按各时 段影响因素特点，定出ZQ关系曲线 分析定线时，Zt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ZQ关系线有较大 影响 处理步骤：处理步骤： 受断面冲淤影响受断面冲淤影响 受洪水涨落影

20、响受洪水涨落影响 二、临时曲线法二、临时曲线法 即在水位流量相对稳定的时段内各自定出一条曲 线作为临时曲线 适用于不经常性冲淤，或受结冰、水草生长影响 的测站 处理步骤：处理步骤： 定线时，先在ZA、ZQ曲线上，依时序分析规 律，结合Zt曲线，定出各稳定时段的ZQ关系 曲线 两条稳定的临时曲线之间的过渡期处理方法有： 自然过渡、连时序过渡和内插曲线过渡 例如：连时序过渡 三、改正水位法三、改正水位法 适用于受经常性冲淤但变化比较均匀缓慢的测站， 并用于受水草生长影响或结冰影响的时期 要求：有足够多的实测流量点，影响因素变化过 程的转折处要求有实测点加以控制 处理步骤：处理步骤： 绘制标准曲线：在点绘的ZQ关系图上，绘制一条单一的 ZQ关系曲线 量取各测次点的纵差，即水位改正数。在标准曲线上方者， 水位改正数为负，反