洪水流量自動測報的水力學推流模型（二）
發布時間：2012-07-25 共1頁
3 應用
本文將該模型具體應用于湖南省湘江流域的龍家山水文站和董背沖水文站。龍家山站位于湘江一級支流洣水的中游，控制流域面積4515km2。董背沖站湘江位于二級支流鐵水下游，集水面積1681km2。兩站水位流量關系受洪水漲落率影響均比較嚴重。歷年洪水期的水位流量關系均呈繩套曲線，測次多，測流時間長，困難大。
3.1 工作曲線采集者退散
采用水力學模型前，先建立以下工作曲線：
（1）Z～n或d～n關系曲線。根據歷年實測的流量和比降資料，估算曼寧糙率系數，建立相應河段的水位（或水深）與糙率之間關系的曲線。
（2）Z～關系曲線。由于很多測驗河段是選擇在倒坡河床上，所以不能直接用河段的實際底坡代替。這時，可以近似地認為每次洪水的洪峰峰頂和峰谷接近于恒定流流態，故可通過各次洪峰峰項和峰谷所觀測到的比降資料分析出合理的值。一般情況下各級水位的正常水面比降是不同的。因此，可尋求正常水面比降與水位級的關系，建立水位與正堂水面比降的關系曲線。
（3）Z～A、Z～R、Z～d關系曲線。這些曲線根據最新的實測大斷面資料繪制。
3.2 推流計算程序
采用水力學模型推流計算的步驟如下：
STEP1. 確定計算推流水位Z；
STEP2. 確定計算時段長△t，其長度的確定應滿足在推流水位Z，前后水位過程接近直線變化，計算相應漲率△z /△t，其值為；
STEP3. 由工作曲線查得相應于水位的正常水面比降、糙率及斷面參數面積、水力半徑和斷面平均水深；
STEP4.由、據Z～R工作曲線內插、，近似計算△R/△d，其值為；
STEP5. 據式（10）通過牛頓迭代法計算△d /△X；
STEP6. 據式（6）計算相應于水位的斷面流量；
STEP7. 繼續計算否？是則轉STEP1；否則結束。
全部計算工作在計算機上編程完成。
3.3 實例成果
由于篇幅所限，這里僅給出兩站設站以來實測最大洪水的水力學推流成果。其中附表為推流主要精度指標，附圖為推流過程線與流速儀實測點的對比。
(a) 龍家山水文站洪水流量過程線 (b)董背沖水文站洪水流量過程線
兩站設站以來實測最大洪水水力學推流與流速儀測流成果對比
4 結語
（1）通過水力學途徑用水位資料推算流量，經濟簡便，其一個水文站的消耗僅相當于一個水位站。本文介紹了一種近似擴散波水力學推流模型。實例表明，該模型應用于受洪水漲落率影響的水文測站，其推流精度能夠達到一定的要求，而且只要將水位采集裝置直接與計算機相聯，即可實現流量自動記錄。這對于解決高洪測流特別是實現水文自動測報和水文測站的無人值守具有重要意義。
（2）測流斷面的水下地形和河床糙率是直接影響斷面流量的兩個重要因素。應用本模型推流時要適時監視斷面變化情況，并不定期用流速儀校測少量測次，以率定河床糙率。一旦發現這些參數發生了變化，就及時修正相應的工作曲線。
本文將該模型具體應用于湖南省湘江流域的龍家山水文站和董背沖水文站。龍家山站位于湘江一級支流洣水的中游，控制流域面積4515km2。董背沖站湘江位于二級支流鐵水下游，集水面積1681km2。兩站水位流量關系受洪水漲落率影響均比較嚴重。歷年洪水期的水位流量關系均呈繩套曲線，測次多，測流時間長，困難大。
3.1 工作曲線采集者退散
采用水力學模型前，先建立以下工作曲線：
（1）Z～n或d～n關系曲線。根據歷年實測的流量和比降資料，估算曼寧糙率系數，建立相應河段的水位（或水深）與糙率之間關系的曲線。
（2）Z～關系曲線。由于很多測驗河段是選擇在倒坡河床上，所以不能直接用河段的實際底坡代替。這時，可以近似地認為每次洪水的洪峰峰頂和峰谷接近于恒定流流態，故可通過各次洪峰峰項和峰谷所觀測到的比降資料分析出合理的值。一般情況下各級水位的正常水面比降是不同的。因此，可尋求正常水面比降與水位級的關系，建立水位與正堂水面比降的關系曲線。
（3）Z～A、Z～R、Z～d關系曲線。這些曲線根據最新的實測大斷面資料繪制。
3.2 推流計算程序
采用水力學模型推流計算的步驟如下：
STEP1. 確定計算推流水位Z；
STEP2. 確定計算時段長△t，其長度的確定應滿足在推流水位Z，前后水位過程接近直線變化，計算相應漲率△z /△t，其值為；
STEP3. 由工作曲線查得相應于水位的正常水面比降、糙率及斷面參數面積、水力半徑和斷面平均水深；
STEP4.由、據Z～R工作曲線內插、，近似計算△R/△d，其值為；
STEP5. 據式（10）通過牛頓迭代法計算△d /△X；
STEP6. 據式（6）計算相應于水位的斷面流量；
STEP7. 繼續計算否？是則轉STEP1；否則結束。
全部計算工作在計算機上編程完成。
3.3 實例成果
由于篇幅所限，這里僅給出兩站設站以來實測最大洪水的水力學推流成果。其中附表為推流主要精度指標，附圖為推流過程線與流速儀實測點的對比。
(a) 龍家山水文站洪水流量過程線 (b)董背沖水文站洪水流量過程線
兩站設站以來實測最大洪水水力學推流與流速儀測流成果對比
4 結語
（1）通過水力學途徑用水位資料推算流量，經濟簡便，其一個水文站的消耗僅相當于一個水位站。本文介紹了一種近似擴散波水力學推流模型。實例表明，該模型應用于受洪水漲落率影響的水文測站，其推流精度能夠達到一定的要求，而且只要將水位采集裝置直接與計算機相聯，即可實現流量自動記錄。這對于解決高洪測流特別是實現水文自動測報和水文測站的無人值守具有重要意義。
（2）測流斷面的水下地形和河床糙率是直接影響斷面流量的兩個重要因素。應用本模型推流時要適時監視斷面變化情況，并不定期用流速儀校測少量測次，以率定河床糙率。一旦發現這些參數發生了變化，就及時修正相應的工作曲線。
