水位流量关系曲线的定线方法分析

■郝 嘉 ■芜湖水文水资源局宣城水文勘测队，安徽 宣城 242000

在进行水文资料整编时，水文检验是资料整编的基础部分，只有确保水文检验质量符合相关规定，才能获得良好的整编效果，才能为水文计算、水文预报等提供准确依据。在水文资料整编中，水位流量关系定线是十分重要的，目前，在进行水位流量关系定线时，经常会采用连时序法，这种方法适用于实测流量点比较多的情况，但对于实测点少的情况，采用这种方法需要进行大量的分析工作，下面就水位流量关系曲线定线方法进行分析。

1 水位流量关系曲线的相关概述

水位流量关系曲线是指基本水尺断面的水位，和本断面流量之间的关系。一般情况下，测站控制效果比较好时，水位流量关系是单一线，也就是说水位流量关系曲线比较稳定，而受到洪水涨落、冲淤、洪水变动等因素的影响，水位流量关系曲线会发生变化，因此，在进行水位流量关系曲线定线时，首先要对相关资料进行收集、分析，了解测站周围河流形式。并对各种影响因素进行详细的分析，根据实测点子的走向初步判断水位流量关系类型，结合实际情况，确定水位流量关系曲线。

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)·R2/3I1/2e≈(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，其中ΔI表示附加比降;I表示稳定水面比降;Q00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，根据公可以看出，涨率ΔG/Δt越大，Q和 Q差值越0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1差，可以按照以下公式进行计算:St=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

水位流量关系有稳定状态，也有不稳定状态，一般情况下，由于流量测验技术的成本比较大，操作比较复杂，难以实现连续检测，因此，常采用连读观读水位的方式，对水位流量关系进行计算，并转换成连续流量关系，从而为水位预报、水文计算提供参考。

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