水位流量关系曲线的定线精度分析

梁志文

摘要：水位流量关系曲线的定线精度，对于水文资料整编以及反映检测数据结果起着重要意义。本文详细阐述了影响水位流量定线的相关因素，并对水位流量关系曲线定线误差进行分析，以有效地提高水位流量关系曲线精确度，为相关人员参考借鉴。

关键词：水位流量；定线；精度

在水文资料整编中，水位流量关系定线是极为重要的关键。只有确保水文其定线的精确度，才能获得良好的数据结果，从而为水文计算、水文预报等提供准确依据。下面采用连续观测水位的方式，对水位流量关系进行计算，并转换成连续流量关系，从而得到准确的流量数据。

1水位流量关系曲线的相关概述

稳定水位流量关系是指在一定时间内，断面的实测流量和相对应的点距密集分布，能用一条单一的曲线进行表示。一般情况下，水文测站断面会尽量选在基本稳定条件的位置，必要的时候，会此采用人工铺设固定河床，或者在断面下游构建拦河堤堰等方式创建稳定的条件。

不稳定水位流量关系是指受各种因素的影响，实测流量和相对应的水位点距难以密集分布，无法采用单一的曲线进行表示，也就是说同一个水位，存在多个流量。对于不稳定水位流量，必须根据其影响因素，对其进行处理，只有这样才能确保水文资料整编的可靠性，常用的处理方法有：水位流量关系受到洪水涨落影响时，将流量看成水位与水位变率函数进行处理；水位流量受到变动回水的影响时，将流量看做水位和周围河段水面落差函数进行处理；对于一些特殊的不稳定情况，可以将流量看成是水位和时间的函数进行处理；当不稳定水位流量关系中，在某一个时间段处于相对稳定的状态时，可以对其进行分期定线，在水位流量关系图中，根据实测点的时序，绘制变动轨迹曲线。

2水位流量关系曲线定线方法

2.1稳定水位流量关系

水位流量关系点距呈现单一趋势时，可以判断该水位流量关系为稳定水位流量关系，一般情况下，这种水位流量关系大多出现在山区河流比较多的区域。设天然河流的水流可以看成稳定不均匀流，流速为：V=（1/n）•R2/3Ie1/2≈（1/n）•R2/3I1/2，其中Ie表示能面比降，I表示水面比降。根据河流流速可以得出断面流量为：Q=F•V=F•（1/n）•R2/3I1/2=f（G，Ω，n，I），其中G表示水位；Ω表示断面形状；n表示糙率。从以上公式可以看出，流量Q和水位、断面形状、糙率、水面比降等呈函数关系，要想确保水位流量关系线的单一，需要满足以下几种情况：

（1）在相同水位下，断面形状Ω、糙率n、水面比降I发生的变化正好与它们对水流量大小的影响相互抵消；

（2）在相同水位下，断面形状Ω、糙率n、水面比降I等没有发生变化。一般情况下，第一种情况出现的可能性很少，这就说明，要想保持水位流量关系的稳定、单一，就需要保证测站不受洪水涨落、变动回水的影响，不受冲淤的影响，不受水草的影响，即不受水面比降I的影响，不受断面形状Ω的影响，也不受糙率n的影响。

2.2洪水涨落影响

当实测点呈现逆时针绳套关系时，基本上可以判断水位流量关系受洪水涨落的影响，洪水涨落下不稳定流量为：Q=k=K=Q0，其中ΔI表示附加比降；I0表示稳定水面比降；Q0表示稳定流量；ΔG/Δt表示涨率。从以上公式可以看出：

（1）洪水在上涨时，ΔI为正数，即Q比Q0大；洪水在下落时，ΔI为负数，即Q比Q0小，因此，对于一次洪水涨落下的水位流量关系，呈现逆时针绳套曲线；

（2）稳定水面比降和涨率对逆时针绳套曲线大小有很大的影响，根据公式Q=Q0可以看出，涨率ΔG/Δt越大，Q和Q0差值越大，涨率ΔG/Δt越小，Q和Q0差值越小，也就是水位涨落越急，过程线越尖瘦，而绳套越胖；水位涨落越平缓，过程线就越矮胖，而绳套则更加瘦。

当上游来水相同时，也就是说ΔI相同时，平原河流绳套要比山区河流的绳套大，其主要原因是平原河流的水面比降I0比山区河流稳定流的水面比降I0小很多，从以上公式可以看出，ΔI/I越小，Q和Q0越接近，由于山区河流附加比降ΔI对于水面比降I0而言，权重比较小，因此，山区河流水位流量大多是单一线。同时为进一步了解洪水涨落对测站的影响，需要对上游来水情况、水利因素极值等进行详细的分析，然后采用抵偿河长法、矫正因素法等方法辅助定线。

2.3变动回水影响

对于测站实测点比较散乱，实测点呈现正反八字、顺时针绳套等不规则形状时，需要对变动回水对水位流量关系曲线的影响进行分析。变动回水的影响主要是下游水位发生改变时，对测流断面造成的影响，水位流量关系和本站水情、下游水体水情变化等有关系，因此，在进行分析时，首先要对下游各个水体、支流的水情变化情况进行分析，从而下游水体是否对测站断面有顶托作用，然后根据各种资料，结合实际情况，采用定落差发、正常落差法、等落差法等方法辅助定线。

对于受洪水涨落和变动回水影响的水位流量关系曲线，都是通过水面比降对流速造成影响，从而对流量造成影响，但这两者存在一定的差异，对于洪水涨落影响的水位流量关系曲线，水位G和流量Q是按时序连成的逆时针绳套，而变动回水影响的水位流量关系曲线则呈无规则状态；洪水涨落影响与下游水位的关系不太大，而变动回水影响和下游水位变化情况有很大的关系；洪水涨落影响主要是利用涨落率来体现水面比降的变化，而变动回水主要是对落差进行分析；同时洪水涨落影响的水位流量呈现稳定流，而变动回水影响的水位流量呈现不稳定流。

2.4冲淤影响

对于受冲淤影响的水位流量关系曲线，可以从以下几个方面进行分析：绘制同水位面积过程线和平均河底高程进行分析；采用挟沙能力进行分析；利用水位面积关系切线进行分析。当水位流量曲线受到冲淤影响时，可以采用改正水位法、临时曲线法等方法进行辅助定线。

3水位流量关系曲线定线误差

水位流量关系曲线定线误差，即测站实测流量偏离水位流量关系曲线的标准差，是反映实测点散乱情况的一个指标，实测点越散乱，数量越少，则水位流量关系曲线的可靠性越差。水位流量关系曲线定线误差可以看成是以实测流量为真实流量，和估计量的标准差，通过对水位流量关系曲线定线误差进行分析，能有效地提高水位流量关系曲线精确度。

在水位资料整编的相关规范中，对于稳定的水位流量关系曲线，需要计算关系点对关系线的标准差、随机不确定度，从而对定线精度进行评价。对于测点标准差，可以按照以下公式进行计算：St=，其中St表示实测点的标准差；n表示实测点总数；Qi表示第i次实测流量；Qti表示第i次实测流量Qi的相应曲线流量。随机不确定度可以根据以下公式进行计算：XQ=2St，其中XQ表示置信水平为95%的随机不确定度。

4总结

综上所述，以上方法使得不再需要频繁地根据水位涨落变化及实测流量测点的增加而修改水位流量关系曲线，也不需要过多的对水位流量关系的变化趋势进行判断，极大地减轻了工作强度，同时还提高了相应流量的报汛精度，具有极大的应用价值。

参考文献：

[1]陈荣、郑永伟.流速仪法单次流量误差分析[J].人民珠江.2011（03）

[2]刁瑞.水位流量关系测点标准差探讨[J].吉林水利.2010（09）