水文信息技術(shù)-5.ppt

1、張 利 平 武漢大學(xué)水文水資源系,水文信息技術(shù),Hydrologic information technology,第三章 水文信息數(shù)據(jù)處理 各種測站測得的水文信息原始數(shù)據(jù)，都要按科學(xué)的方法和統(tǒng)一的格式整理、分析、統(tǒng)計，提煉成為系統(tǒng)、完整且有一定精度的水文信息資料，供有關(guān)國民經(jīng)濟部門應(yīng)用。這個水文信息數(shù)據(jù)的加工、處理過程，稱為水文信息數(shù)據(jù)處理。 水文信息數(shù)據(jù)處理的工作內(nèi)容包括：收集校核原始數(shù)據(jù)，編制實測成果表，確定關(guān)系曲線，推求逐時、逐日值，編制逐日表及水文信息要素摘錄表，合理性檢查，編制整編說明書。,第一節(jié) 測站考證和水位數(shù)據(jù)處理 （二）日平均水位的計算 由各次觀測或從自記水位資料上摘錄的瞬

2、時水位值Zi （i=1，2，3，n）計算日平均水位Zdm的方法有算術(shù)平均法和面積包圍法兩種。 1、算術(shù)平均法 如一日內(nèi)水位變化平緩，或變化雖較大，但觀測或摘錄時距相等時，可采用算術(shù)平均法，公式為,第一節(jié) 測站考證和水位數(shù)據(jù)處理 （二）日平均水位的計算 2、面積包圍法 如一日內(nèi)水位變化較大且為不等時距觀測或摘錄時，應(yīng)采用面積包圍法。面積包圍法又稱梯形面積法，它是將本日0-24時內(nèi)的水位過程線所包圍的面積，除以一日時間（即24小時）而得，計算公式為,計算題,某河某站7月5日7日水位變化過程如圖所示，試用面積包圍法推求6日的平均水位。,計算題,按照下圖資料計算斷面流量和斷面平均流速。,計算題,第二節(jié)

3、 河道流量數(shù)據(jù)處理 實測流量資料是一種不連續(xù)的原始水文資料，一般不能滿足國民經(jīng)濟各部門對流量資料的要求。 流量數(shù)據(jù)處理就是對原始流量資料按科學(xué)方法和統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與格式進行整理、分析、統(tǒng)計、審查、匯編和刊印的全部工作，以便得到具有足夠精度的、系統(tǒng)的、連續(xù)的流量資料。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理 流量數(shù)據(jù)處理的方法很多，歸納起來大體可分為兩類：即基本方法和輔助方法。 基本方法以水位流量關(guān)系曲線法應(yīng)用最廣，它是通過實測資料建立水位與流量之間的關(guān)系曲線，用水位變化過程來推求流量變化過程。 輔助方法是在難于建立水位流量關(guān)系時，通過其它途徑來間接推求流量，如流量過程線法、上下游測站水文要素相關(guān)法、降雨徑流

4、相關(guān)法等。一般說來，處理方法的選擇與測驗河段的水力特性、測站控制條件及測驗條件有關(guān)，在滿足控制精度的前提下應(yīng)力求簡單、合理，全年可視情況分期選用不同的整編方法。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理 流量數(shù)據(jù)處理主要包括定線和推流兩個環(huán)節(jié)。 定線是指建立流量與某種或兩種以上實測水文要素間關(guān)系的工作 推流則是根據(jù)已建立的水位或其它水文要素與流量的關(guān)系來推求流量。,一、河道流量數(shù)據(jù)處理的工作內(nèi)容 編制實測流量成果表和實測大斷面成果表； 繪制水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線； 水位流量關(guān)系曲線分析和檢驗； 數(shù)據(jù)整理； 整編逐日平均流量表及洪水水文要素摘錄表； 繪制逐時或逐日平均流量過程線； 單站合理性檢查；

5、 編制河道流量資料整編說明表。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 一個測站的水位流量關(guān)系，是指測站基本水尺斷面處的水位與通過該斷面的流量之間的關(guān)系。 水位流量關(guān)系可分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩類，它們的性質(zhì)可以通過水位流量關(guān)系曲線分析得出。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （一）穩(wěn)定的水位流量關(guān)系 穩(wěn)定的水位流量關(guān)系是指同一水位只有一個相應(yīng)流量，其關(guān)系呈單一的曲線，并應(yīng)滿足水力學(xué)中的曼寧公式： Q=A,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,Q-流量；A-斷面面積；-斷面平均流速；n-河床糙率； R水力半徑,通常用平均水深d代替；s水面比降。 上式表明，要使水位流量關(guān)系保持穩(wěn)定，必須在同

6、一水位下，斷面面積A、水力半徑R、河床糙率n和水面比降s等因素均保持不變，或者各因素雖有變化，但對流量的影響能互相補償。,在測站控制良好、河床穩(wěn)定的情況下，該測站的水位流量可以保持穩(wěn)定的單一關(guān)系，點繪出的水位流量關(guān)系曲線，其點據(jù)比較密集，分布成一帶狀，沒有系統(tǒng)的偏差。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （一）穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,作圖時，以同一水位為縱坐標(biāo)，自左至右，依此以流量、面積、流速為橫坐標(biāo)點繪于坐標(biāo)紙上，選定適當(dāng)比例尺，使水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線分別與橫坐標(biāo)大致成450、600、600的交角，并使三曲線互不相交。推流時，在穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線上，由已知的水位過

7、程便可求得相應(yīng)的流量過程。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （一）穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （二）不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,在天然河道里，測流斷面各項水力因素的變化對水位流量關(guān)系的影響不能相互補償，是位流量關(guān)系難以保持穩(wěn)定。因此，同一水位不同時期斷面通過的流量不是一個定值，點繪出的水位流量關(guān)系曲線，其點據(jù)分布比較散亂. 一般說來，天然河道的水位流量關(guān)系是不穩(wěn)定的，其原因是：,1、河槽沖淤影響 受沖淤影響的水位流量關(guān)系，由于同一水位的斷面面積增大或減小，使水位流量關(guān)系受到斷面沖淤變化的影響。當(dāng)河槽受沖時，斷面面積增大，同一水位的流量變大；當(dāng)河

8、槽淤積時，斷面面積減小，同一水位的流量變小。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （二）不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,若沖淤時段有規(guī)律，水位流量關(guān)系能保持穩(wěn)定狀態(tài)，則可分別確定不同時段的水位流量關(guān)系曲線，從各自相應(yīng)時段的水位流量關(guān)系曲線上，由水位推求相應(yīng)的流量。,2、洪水漲落影響 受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系，受洪水漲落影響時，由于洪水波產(chǎn)生附加比降的影響，使洪水過程的流速與同水位下穩(wěn)定流相比，漲水時流速增大，流量也增大；落水時，則相反。即漲水點偏右，落水點偏左，峰、谷點居中間，一次洪水過程的水位流量關(guān)系曲線依時序形成一條逆時針方向的繩套曲線。 受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系可按漲落過程定線

9、，然后由水位推求流量。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （二）不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,3、變動回水影響 受變動回水影響的水位流量關(guān)系，由于受下游干支流漲水，或下游閘門關(guān)閉等影響，引起回水頂托，致使水位抬高，水面比降變小，與不受回水頂托影響比較，同水位下的流量變小。回水頂托愈嚴(yán)重，水面比降變得愈小，同水位的流量較穩(wěn)定流時減少得愈多。所以，受變動回水影響的水位流量關(guān)系點據(jù)偏向穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的左邊。 在受變動回水影響下，可以比降為參數(shù)確定出一組水位流量關(guān)系曲線，以備由水位推求流量時使用。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （二）不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,4、水生植物影

10、響 受水生植物影響的水位流量關(guān)系，在水生植物生長期，過水面積減小，糙率增大，水位流量關(guān)系點據(jù)逐漸左移；在水生植物衰枯期，水位流量關(guān)系點據(jù)則逐漸右移。 5、結(jié)冰影響 受結(jié)冰影響的水位流量關(guān)系，水位流量關(guān)系點據(jù)的分布，總的趨勢是偏在暢流期水位流量關(guān)系曲線的左邊。 上述影響因素往往是同時存在，稱為受混合因素影響的水位流量關(guān)系。在混合因素的影響下，隨著起主導(dǎo)作用的某種主要因素的變化，其水位流量關(guān)系點據(jù)亦隨之變化。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,二、水位流量關(guān)系分析 （二）不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 對于測站控制良好，各級水位流量關(guān)系都保持穩(wěn)定的測站，定線精度符合規(guī)范要求，可采用

11、單一曲線法定線推流。在實際應(yīng)用中，單一曲線法有圖解法和解析法兩種型式。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）單一曲線圖解法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,將各次測流時的實測水位、過水?dāng)嗝婷娣e、斷面平均流速和流量成果進行審查，并列出實測水位、面積、流速和流量成果表。,根據(jù)水位、面積、流速和流量成果表，以水位為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)用三種比例尺分別代表面積、平均流速和流量，將水位面積、水位流速和水位流量相應(yīng)數(shù)據(jù)點繪在坐標(biāo)紙上，通過點群中心分別繪出相應(yīng)的三條平滑的關(guān)系曲線。,檢查水位流量關(guān)系圖。所繪的三條關(guān)系曲線，應(yīng)互相對照，使在曲線上查讀的各級水位的流量，應(yīng)等于面積和流速的乘積，

12、即QAV，其偏差應(yīng)不超過2%-3%。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）單一曲線圖解法,解析法就是用數(shù)學(xué)模型來擬合曲線，常用的數(shù)學(xué)模型有以下幾種： 1、指數(shù)方程 Q=C Zen InQ=lnC+ nInZe 2、對數(shù)函數(shù)方程 Y= b0+ b1X+ b2X2+ bmXm Y= InQ X= nZe 3、多項式方程 Q= a0+ a1Ze+ a2Ze2 +.+ amZem,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）單一曲線解析法,對于穩(wěn)定的水位流量關(guān)系，其基本關(guān)系線為單一關(guān)系線，人工整編一般是通過實測關(guān)系點的點群中心，用適線法定出關(guān)系曲線；

13、用計算機整編時，一般用一定的數(shù)學(xué)方程（公式）或稱數(shù)學(xué)模型對實測關(guān)系點進行擬合（模擬）。,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）單一曲線解析法,單一曲線法推流，應(yīng)結(jié)合測站特性，應(yīng)用插值法或通過選用下列適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來擬合水位流量關(guān)系曲線，然后用水位推算流量。 1、指數(shù)方程 Q=CZen 或 lnQ=lnC+nlnZe Q流量 Ze水位Z與一常數(shù)Z0（斷流水位）之差，即Ze=Z-Z0 C、n待定系數(shù)、指數(shù)，為常數(shù)。,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）單一曲線解析法,2、對數(shù)函數(shù)方程 Y=b0+b1X+b2X2+bmXm Y=lnQ X=lnZe b0、b1、b2、bm待定系數(shù)。 3、多項式

14、方程 Q=a0+a1Ze+a2Ze2+amZem a0、a1、a2、am待定系數(shù)。 4、冪指數(shù)方程 Q=c(Ze+) c、待定系數(shù)、指數(shù)。 5、拋物線方程 Q=A0+A1Ze+A2Ze2 A0、A1、A2待定系數(shù)。,三、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）單一曲線解析法,（二）正交函數(shù)法 在數(shù)學(xué)上，“正交”即垂直之意。n維矢量a、b正交的條件是： aibi=0 若取3階對數(shù)函數(shù)方程，則有 Y=b0+b1X+b2X2+b3X3 Y=lnQ X=lnZe 將上式通過變換，找到一組相互正交的變量X的函數(shù)，對3階曲線而言，便有 P0=1 P1=(X-1)P0=X-1 P2=(X2)P1-1P0 P3=

15、(X3)P22P1,單一關(guān)系線的擬合,可以證明，式中P0P1、P0P2、P1P2、P0P3、P1P3、P2P3各項均為零，即對P0、P1、P2、P3之間，任意兩函數(shù)都相互正交。于是，可以將式用正交函數(shù)表示為 Y=a0+a1P+a2P2+a3P3 式中參數(shù)a0、a1、a2、a3分別為,實際應(yīng)用中，可將測點按水位Z從低到高排列，在最低水位與河底之間選擇斷流水位Z0值，計算X、Y，計算P0、P1、P2、P3諸值，并計算參數(shù)a0、a1、a2、a3，代入方程式，即可求得選配方程的具體表達(dá)式。,單一關(guān)系線的擬合,如果正交函數(shù)為m階，即 Y=a0+a1P+a2P2+a3P3+amPm 正交函數(shù)Pi(i=0m

16、)可用下面的通式確定： P0=1 P1=X-1 Pi=(Xi)Pi-1i-1Pi-2,而參數(shù)ai(i=0、1、2、3、m)可用下面的通式確定：,單一關(guān)系線的擬合,用正交函數(shù)選配曲線的突出優(yōu)點是可以進行“遞推”計算。對于水位流量關(guān)系曲線來說，可以先從X-Y的一階直線（Y=a0+a1P）開始，如不滿意，可配二階曲線（Y=a0+a1P+a2P2），如仍不滿意，再選配三階至更高階曲線，直至滿意為止。實際上，一般用到三階即可滿足要求。 用正交函數(shù)選配曲線的結(jié)果也要在進行適當(dāng)檢驗后，才能用所建立的數(shù)學(xué)模型進行推流。,單一關(guān)系線的擬合,單一關(guān)系線的擬合,當(dāng)測驗河段受斷面沖淤、洪水漲落、變動回水或其它因素的個

17、別或綜合影響，使水位流量關(guān)系不呈單一關(guān)系時，水位流量關(guān)系的確定方法歸納起來分為兩種類型。 (1)水力因素型，這一類型的方法均可表示為Q=f(Z，x)的形式，x為某一水力因素。其方法的原理都來自于水力學(xué)的推導(dǎo)，故理論性較強，所要求的測點少，且適于計算機作單值化處理。 (2)時序型，表示為Q=f(Z，t)，t為時間。時序型的方法原理是以水流的連續(xù)性為基礎(chǔ)，因而要求測點多且準(zhǔn)確，能控制流量的變化轉(zhuǎn)折。方法適用范圍較廣，但有時間性。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,流量數(shù)據(jù)處理方法及其適用條件,（一）受洪水漲落

18、影響的水位流量關(guān)系曲線 由于洪水波在河道傳播過程中產(chǎn)生附加比降，使水位流量關(guān)系呈逆時針繩套形曲線，通常采用水力因數(shù)型方法來整編受洪水漲落影響的流量資料。水力因數(shù)型方法有校正因數(shù)法和抵償河長法兩種。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定,1、校正因數(shù)法 校正因數(shù)法是以洪水流量方程為基礎(chǔ)，通過試算法（或稱試錯法）建立ZQc 和Z- 兩條關(guān)系曲線來整編流量資料的一種方法。采用校正因數(shù)法時，水位流量關(guān)系宜呈單式繩套，對復(fù)式繩套應(yīng)分割后分別進行校正。,假定同水位不同漲落率的流量符合下式：,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量

19、關(guān)系曲線 1、校正因數(shù)法,Qm-受洪水影響時的流量；Qc-與Qm同水位的穩(wěn)定流流量；V-洪水波傳播速度；Sc-穩(wěn)定流時的比降； -漲落率； -校正因數(shù)。,定線時，已知實測流量Qm ，漲落率 可由水位過程線算出（通常用有限差代替），未知量有穩(wěn)定流流量Qc和校正因數(shù) ，不能直接求解，只能采用試算法,將實測的水位Z和流量Qm點繪在Z-Q關(guān)系圖上，根據(jù)實測點中漲落率 近似為零的點，試定一條穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線Z-Qc，如圖中的A線。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 1、校正因數(shù)法,根據(jù)水位過程計算各測點的漲落率 ，由實測點的水位Z

20、在Z-Qc關(guān)系線上查得相應(yīng)的Qc值，按公式計算各測點的校正因數(shù) ，再點繪Z- 關(guān)系點，并通過中心定線，如圖中的B線。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 1、校正因數(shù)法,檢驗Z-Qc關(guān)系曲線：用各實測點的水位在關(guān)系線Z- 上推得 ，再用公式反算出Qc值，如果與關(guān)系線的偏差符合定單一曲線的要求，則認(rèn)為原定的曲線合格；否則，應(yīng)對原定曲線Z- Qc進行修正，再重復(fù)上述步驟。必要時，則可修正Z- 關(guān)系曲線。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 1、校正因數(shù)法,推流：根據(jù)水

21、位過程Z-t計算漲落率 ，再由水位Z在Z-Qc和Z- 關(guān)系線上分別推得Qc和 值，按公式計算Qm即為所求流量。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 1、校正因數(shù)法,校正因數(shù)法是在同一個斷面上的水位與流量，通過校正因數(shù)建立一個單一的水位流量關(guān)系曲線Z-Qc； 抵償河長法則是用中斷面的水位與下斷面的流量建立關(guān)系。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,抵償河長:能使中斷面的水位與下斷面的流量呈單一關(guān)系的河段長。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位

22、流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,在漲洪時，由于水面比降變陡，即附加比降為正，使流量增加；而在下斷面則由于水位降低，即過水?dāng)嗝鏈p小，使流量減少。我們可以移動下斷面，使其減少的流量與因水面比降變陡而增加的流量正好相等，此時中斷面的水位與下斷面的流量則呈穩(wěn)定流的水位流量關(guān)系。由此確定的河段長即為抵償河長。,采用抵償河長法時，測驗河段宜基本穩(wěn)定，且下游不受變動回水影響。 由于使用抵償河長法的角度不同，定線、推流的具體方法有上游站水位法和本站水位后移法兩種，其共同點是都不直接計算抵償河長，而用試算法（或稱試錯法）確定穩(wěn)定流的水位流量關(guān)系。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)

23、處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,（1）上游站水位法 上游斷面的位置用試錯法確定。這時，在上游L/2附近幾個斷面分別設(shè)立幾組水尺同時觀測水位，并分別建立各斷面水位與測流斷面流量的關(guān)系，其中水位流量呈單一曲線的那組點據(jù)水尺所在斷面，即為抵償河長的中斷面。 推流時，用上游站水位Z直接在建立的Z-Q關(guān)系曲線上查讀流量。 這種方法由于所設(shè)水尺組較多，觀測工作量大，因此實際應(yīng)用不多。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,（2）本站水位后移法 根據(jù)抵償河長的概念

24、，用本站實測流量與其測流時間后移一個時段的水位建立關(guān)系，使繩套曲線轉(zhuǎn)化為單一水位流量關(guān)系曲線。后移的時間為洪水波在1/2抵償河長上的傳播時間。在此，它是用同一測站兩水位在時間上的后移來代替兩斷面在空間上的后移。,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,確定后移時間初值：通過實測的水位流量關(guān)系點據(jù)中漲落率為零的點初定一條水位流量關(guān)系曲線，挑選幾個具有代表性的漲落率較大的測點，分別求出各測點距初定水位流量關(guān)系線的水位縱差，除以相應(yīng)測點的漲落率，求其平均時間，作為后移時段的初始值t；,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （

25、一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,（2）本站水位后移法,用試算法確定Zt+t-Qt關(guān)系曲線：以所選后移時段的初始值t為基礎(chǔ)，用實測流量Qt與其相應(yīng)的平均測流時間后移一個時段的水位Zt+t點繪關(guān)系圖。若發(fā)現(xiàn)水位流量關(guān)系仍為繩套，僅幅度變小時，說明t值過短；若發(fā)現(xiàn)水位流量關(guān)系的繩套呈順時針時，說明t值過長，按此規(guī)律便能很快試錯出所需的t值。,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,（2）本站水位后移法,推流：只需用后移的水位，即可直接在所定單一曲線上查得流量。例如，當(dāng)t =1

26、小時，如需推求8時的流量，只需用9時的水位在所定單一曲線上查讀流量即可。,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （一）受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系曲線 2、抵償河長法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,（2）本站水位后移法,在斷面穩(wěn)定、河道順直時，式中的糙率n、斷面面積A和水力半徑R一般均為水位Z的函數(shù)，且流速水頭的沿程變化也可忽略，因此能面比降Se便可用水面比降S來代替。 在某水位時，因變動回水影響程度不同，流量也隨之不同，兩流量之比為,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,受變動回水影響的水流一般可認(rèn)為是恒定漸變流，其流量與各水力因素間

27、的關(guān)系可用曼寧公式表示，即,實際上，河流縱比降指數(shù)的平均值只是近似等于1/2，為適應(yīng)不同河流特性，將上式寫成普遍形式為,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,上式中指數(shù)e ，表示水流的沿程能量損失與流速之間的指數(shù)關(guān)系。一般河流的水面比降等于河段上下游兩斷面之間的水位差Z（即落差）與斷面間距的比值，故也可用落差的形式來表示。為區(qū)別起見，指數(shù)改用來代替，這樣便有,可見變動回水影響的河流流量不僅與測流斷面的水位有關(guān)，還與測驗河段的比降或落差有關(guān)，因此可將流量表示為 Q=f(Z,Z) 上式即為受變動回水影響的流量資料整編的基本公式，對應(yīng)的

28、整編方法便稱為落差法。 實際應(yīng)用中，由于對上式中落差處理方式的不同，具體整編方法便有許多種，常用的有等落差法、定落差法、正常落差法和落差指數(shù)法。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,1、等落差法 等落差法適用于斷面基本穩(wěn)定的測站。采用等落差法時，用上、下水尺斷面間的落差計算的比降應(yīng)能代表基本水尺斷面處的水面比降；各級水位、各種落差情況下，測點較多并均勻分布。 假定同水位不同落差的流量符合下式：,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,同水位流量比； 同水位落差比；指數(shù)

29、。,1、等落差法 具體步驟如下： 計算各實測點的落差值，按落差值的大小排隊。 根據(jù)落差變幅和測點分布，劃分等落差點組，每組落差的均值代表該組的等落差，分別定出各組測點的水位流量關(guān)系曲線，并按照次序編號。 推流時，根據(jù)落差確定推流曲線線號，由水位在相應(yīng)的曲線上推算流量；當(dāng)落差值在相鄰曲線落差值之間時，在兩根曲線間內(nèi)查推流。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法 定落差法適用于測驗河段均勻順直、河底較平坦、穩(wěn)定流時的水面比降接近河槽底坡的測站。 假定同水位不同落差的流量符合下式：,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水

30、位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,Qm實測流量；Qc與Qm同水位的定落差流量； Zm與Qm相應(yīng)的實測落差； Zc定落差，一般為實測落差中的較大值； 落差指數(shù)，一般取1/2。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,以上方程組中僅有三個未知量，有唯一解。但因系隱含于 中，而Qc=f1(Z)僅知為單一線，方程的具體形式尚屬未知，因此仍采用試算法求解。,2、定落差法,只有Qm、Zm及其相應(yīng)水位Z為已知值，而Zc、Qc和均為未知值，故不能直接用該式求解。若各級水位下水面比降變化不大，即落差接近為常數(shù)，水流接近為恒

31、定流，則水位與流量呈單值函數(shù)關(guān)系，于是有： Zc=C(常數(shù)) Qc =f1(Z),定線、推流時，先根據(jù)實測資料做出Z-Qc關(guān)系線和輔助曲線 ，再由水位過程推求相應(yīng)的流量過程,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,從Zm中選一個較大者作為定落差Zc，亦即 Zc = max(Zmi) i=1,2,3,n,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,計算與Qm同水位的定落差流量Qc：,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）

32、受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,點繪Z-Qc關(guān)系點，并目估一條曲線，如圖中的Z-Qc線。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,在Z-Qc關(guān)系線上，由實測水位Z查讀相應(yīng)流量Qc。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,計算同一水位下的 、 ，并點繪關(guān)系點，目估一條通過(1,1)點的 關(guān)系曲線，如圖中下面的 線。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法

33、,檢驗:由實測水位Z相應(yīng)的Zm和已知的Zc計算出 ,在 關(guān)系曲線上查出與 相應(yīng)的 值，則可計算與實測水位Z相應(yīng)的定落差流量Qc1，即Qc1=,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,將Z與相應(yīng)的Qc1點繪在Z-Qc關(guān)系圖上，如果Qc1與Z-Qc關(guān)系曲線的偏差符合定單一曲線的要求，則認(rèn)為原定Z-Qc關(guān)系曲線合格；否則，應(yīng)根據(jù)Qc1對原定曲線修正.,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,2、定落差法,推流：由實測水位Z在Z-Qc關(guān)系線上查讀相應(yīng)的Qc值；由實測

34、水位Z相應(yīng)的落差Zm和已知的定落差Zc，計算落差比 ，并在 關(guān)系曲線上查讀相應(yīng)的 值；兩者的乘積 Qc 即為相應(yīng)于水位Z的流量Qm,3、正常落差法 對于河段不平整、變動回水時有時無的測站，實際落差變動較大，用定落差法往往不能取得滿意的結(jié)果，這時可采用正常落差法。它仍以落差公式為基礎(chǔ)，考慮到落差的正常變動情況而使水位與正常落差（即不受回水影響的落差）和正常落差流量呈單值關(guān)系的一種整編方法。于是可以列出下列方程組： Qn = f1(Z) Zn= f2(Z),第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,Zn正常落差，即不受回水影響的落差； Q

35、n正常落差流量；,正常落差法先根據(jù)實測資料做出Z-Qn關(guān)系線和Z-Zn與 兩條輔助曲線，再由水位過程推求相應(yīng)的流量過程,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,3、正常落差法,將實測的水位Z和流量Qm點繪在水位流量關(guān)系圖上,目估一條靠右側(cè)點據(jù)的曲線,作為Z-Qn的初始曲線,如圖左面所示 靠右側(cè)點的實際落差較大，基本不受回水影響，其落差接近于正常落差，可以認(rèn)為這些點的流量接近正常流量。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,3、正常落差法,由Z-Qn的初始曲線上，查出實測

36、水位Z時的相應(yīng)正常落差流量Qn；取=1/2，由公式 計算出相應(yīng)于Z的Zn，并點繪Z-Zn和 兩條輔助曲線,如圖右面所示,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,3、正常落差法,檢驗：在某一水位Z時，由Z-Zn關(guān)系線上查出Zn，計算 ，再由 關(guān)系線上查出 值;由此計算正常落差流量 ，將 點繪在Z-Qn的初始曲線上,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,3、正常落差法,檢驗 如果 與Z-Qn關(guān)系曲線的偏差符合定單一曲線的要求，則認(rèn)為原定Z-Qn關(guān)系曲線合格；否則，應(yīng)根據(jù)對原

37、定曲線修正。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,3、正常落差法,推流：由實測的水位Z及相應(yīng)的Zm，分別在Z-Qn、Z-Zn關(guān)系曲線上查出Qn和Zn；計算 ，在 關(guān)系線上查出（ ）；則相應(yīng)于Z的流量Qm=Qn( ),第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,3、正常落差法,4、落差指數(shù)法 采用落差指數(shù)法的測站河段宜順直，河槽宜基本穩(wěn)定，且落差應(yīng)具有代表性。假定同水位不同落差的流量符合下式：,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影

38、響的水位流量關(guān)系曲線,Q1、Q2同水位不同落差的流量； Z1、Z2與Q1、Q2相應(yīng)的落差； 落差指數(shù)； q流量與落差次方之比（或稱校正流量因數(shù)）。,4、落差指數(shù)法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,落差指數(shù)法是在已知的實測流量Qm及相應(yīng)水位Zm和落差Zm的情況下，通過優(yōu)選值，而后確定Z- 關(guān)系曲線。 該法與定落差法和正常落差法的不同點是：定落差法或正常落差法先假定落差指數(shù)=1/2，然后點繪 或 關(guān)系點，通過點群中心定線來修正原假設(shè)1/2的辦法求解值；而落差指數(shù)法是在Z- 關(guān)系圖中，根據(jù)關(guān)系點偏離關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差或方差為最小的原則

39、，通過試算來優(yōu)選值,定線：假定初始值1，根據(jù)實測流量Qm及相應(yīng)落差Zm，計算 ，點繪Zm-qm關(guān)系線，如果點Zm與關(guān)系線Zm-qm的偏差符合定單一曲線的要求，則原假設(shè)的1即為所求；否則，再重新假設(shè)一個2，重復(fù)上述作法，直到點Zm與關(guān)系線Zm-qm的偏差符合定單一曲線的要求為止?；蛘咔蟪鲫P(guān)系點Zm偏離關(guān)系線Zm-qm的標(biāo)準(zhǔn)差S1（或方差）：,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,qi校正流量因數(shù)點；qci與qi同水位下關(guān)系線上的校正流量因數(shù)點；n實測點次。,4、落差指數(shù)法,再假設(shè)一個2（1），重復(fù)上述步驟，又可求出標(biāo)準(zhǔn)差S2 。根據(jù)

40、圖中-S關(guān)系的變化規(guī)律，再假設(shè)幾個值，就可優(yōu)選出最小S相應(yīng)的。 確定出最優(yōu)的值，相應(yīng)的Zm-qm關(guān)系曲線即為所求，如圖所示。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,4、落差指數(shù)法,推流： 由實測的水位Z和相應(yīng)的落差Zm，先在Zm-qm關(guān)系曲線上查出qm值，則相應(yīng)于Z的流量 Qm =(Zm)qm,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （二）受變動回水影響的水位流量關(guān)系曲線,4、落差指數(shù)法,1、連時序法 連時序法是參照影響流量的各水力要素的變化規(guī)律，直接將水位流量關(guān)系點據(jù)按時序連成曲線整編流量資料的一種方法。

41、本法適用于水位流量關(guān)系受某一因素或多種因素混合影響而連續(xù)變化的測站。采用連時序法時，流量測次應(yīng)較多，并應(yīng)能控制水位流量關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,分析各時段影響因素，點繪水位流量、水位面積和水位流速關(guān)系圖，依測點時序分析，并參照水位過程線，根據(jù)主要影響因素劃分定線時段。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,根據(jù)各時段的主要影響因素，分析水位面積和水位流速關(guān)系變化趨勢，依實測流量測點的順序連繪水位流量關(guān)系曲線。例如，受沖淤或結(jié)冰等影響時，主要應(yīng)參照用連時序法

42、繪制的水位面積關(guān)系曲線和水位過程線的變化趨勢來連線，如圖所示。對于受洪水漲落或變動回水影響的時段，則應(yīng)參照水位流速關(guān)系曲線和水位過程線的變化趨勢定線，如圖所示。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,連繪的水位流量關(guān)系曲線為繩套型曲線時，其繩套頂部或底部應(yīng)分別與相應(yīng)洪水峰頂或谷底水位相切。過渡線與臨時曲線或穩(wěn)定曲線銜接時，亦應(yīng)相切。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,推流時，用瞬時水位直接在相應(yīng)時段的曲線上查算流量。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三

43、）時序型水位流量關(guān)系曲線,2、連實測流量過程線法 當(dāng)測驗河段受斷面沖淤、變動回水、水草生長和結(jié)冰等多種因素影響時，水位流量關(guān)系紊亂，而流量變化又不大劇烈且測點較多時，可采用連實測流量過程線法。 該法要求測次較多，能控制流量變化過程,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,2、連實測流量過程線法,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,在水位過程線圖上，選用適當(dāng)比例尺點繪實測流量點。,比較水位過程線與實測流量點的趨勢，分析水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線，若受結(jié)冰影響則應(yīng)參照冰情和氣溫變化

44、過程，查補出缺少測次的峰頂、谷底或起漲點的流量。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,2、連實測流量過程線法,根據(jù)測站的特性，將實測流量點連成光滑的過程線。 圖分別為暢流期和封凍期連實測流量過程線法的示意圖。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,2、連實測流量過程線法,推流時，由指定時間直接在流量過程線上查讀流量。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,四、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的確定 （三）時序型水位流量關(guān)系曲線,2、連實測流量過程線法,為了正確繪制水位流量關(guān)系曲線，按照國際標(biāo)志化組織（IS

45、O）1100/2的要求，應(yīng)進行三項檢驗：符號檢驗，適線檢驗，偏離數(shù)值檢驗。 以上檢驗（及其它檢驗）均屬“假設(shè)檢驗”的范疇，即進行檢驗時先要作一定的假設(shè)，并構(gòu)造一個統(tǒng)計量，通過實測資料來計算該統(tǒng)計量，以檢驗該假設(shè)能否成立。判斷時所使用的基本原則是：“小概率事件在一次觀察中可以認(rèn)為基本不會發(fā)生”。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,作為檢驗標(biāo)準(zhǔn)的概率，稱為顯著性水平，以表示，并將（1）稱為置信水平。的取值與檢驗內(nèi)容及其控制條件有關(guān)。根據(jù)我國河流及資料的具體情況，進行符號檢驗時，值可采用0.25；適線檢驗時，可采用0.05-0.10；偏離數(shù)值檢驗時，可采用0.10-0.20。在I

46、SO1100/2中，建議符號檢驗和適線檢驗值均采用0.05。 當(dāng)上述三種檢驗結(jié)果均接受原假設(shè)時，應(yīng)認(rèn)為定線正確；若三種檢驗（或其中一、二種檢驗）結(jié)果拒絕原假設(shè)，則應(yīng)分析原因，對原定線適當(dāng)修改，重新檢驗。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,（一）符號檢驗 符號檢驗的目的是判斷兩隨機變量x和y的概率分布是否存在顯著性差異，即對統(tǒng)計假設(shè)H：P（x）= P（y）進行顯著性檢驗。對于水位流量關(guān)系曲線而言，就是檢驗所定水位流量關(guān)系曲線兩側(cè)測點數(shù)目的分配是否均衡合理，借以判斷所定關(guān)系曲線是否正確。 進行符號檢驗時，應(yīng)分別統(tǒng)計測點偏離曲線的正、負(fù)號個數(shù)（偏離值為零者，作為正、負(fù)號測點各半分

47、配），按公式計算統(tǒng)計量u值并將其與用給定的顯著性水平查表所得的u1-/2值比較，當(dāng)uu1-/2則認(rèn)為合理，即接受假設(shè)；否則應(yīng)拒絕原假設(shè)。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,（一）符號檢驗,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,u統(tǒng)計量; n測點總數(shù)； k正號或負(fù)號個數(shù)； p、q正、負(fù)號概率，各為0.5； *連續(xù)改正數(shù)（離散型轉(zhuǎn)換為連續(xù)型） 臨界值U1-/2 、U1-表,（一）符號檢驗,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,某站1982年低水流量測次n=21次,經(jīng)初步定線后,統(tǒng)計得到n+=13,n-=8,請判斷定線的合理性. K=n-=8,n=

48、21,u=0.87, =0.25,u1-/2=1.15,uu1-/2,定線合理,（二）適線檢驗 適線檢驗是按水位遞升次序，通過檢驗實測點偏離曲線正負(fù)符號的排列情況，借以檢驗定線有無明顯系統(tǒng)偏差。 進行適線檢驗時，應(yīng)按測點水位由低至高排列順序，從水位最低的第二點開始，依次與前一點的符號進行比較，相鄰兩點同號者記為“0”，異號者記為“1”，可得n1個數(shù)號。統(tǒng)計“1”和“0”的次數(shù)，取其較小者并記為k，按公式計算統(tǒng)計量值并將其與用給定的顯著性水平查表3所得的1-值比較，當(dāng)uu1-則認(rèn)為合理，即接受假設(shè)；否則應(yīng)拒絕原假設(shè)。,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,（二）適線檢驗,第二節(jié)

49、河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,u統(tǒng)計量；n測點總數(shù)； k“1”或“0”的個數(shù)，取兩者中的較小者； p、q 分別為“1”和“0”的概率，各為0.5；,（二）適線檢驗,第二節(jié) 河道流量數(shù)據(jù)處理,七、水位流量關(guān)系曲線的檢驗,xi(%) 1.27 -0.34 5.00 -2.70 -3.28 1.02 3.44 1.70 -1.70 -2.10 -0.10 符號變 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 化情況,xi(%) -5.50 0.93 0.05 0.32 3.42 6.15 2.36 1.51 -0.44 -0.91 0.17 符號變 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 化情況,xi(%) 2