校正因数法在河道流量资料整编中的应用

江德文

（安徽省芜湖水文水资源局，安徽 芜湖 241000）

0 引言

洪水波在河道中传播时，上游涨水早于下游，故河段比降较同水位下稳定流时的比降大，而退水面时相反，洪水涨落时造成同水位下的流量Q涨＞Q ＞Q退，表现在水位流量关系图上为逆时针绳套曲线。洪峰的形态不同，形成的绳套曲线也不同，这就要求流量测验的测次要足够多，且要控制关键点位，对测流时机的把握及测验精度要求高，给测站带来非常大的工作量，也给电算流量资料整编的程序高度自动化带来较大的困难。目前这类线型，还需人工定线，线型复杂，易于出错。因此，对水位流量关系曲线定线方法的研究与应用就显得尤为重要。根据现行的《水文资料整编规范》规定，采用校正因数法不需要辅助站点，也可以对绳套曲线进行单值化，不但使水文测验趋于最优化，而且也为改革原有固守断面的测验方法提供了可能。不仅如此，校正因数法也为水文计算与水文预报在解决复杂的绳套型水位流量关系方面提供了一种手段。

1 校正因数法

1.1 基本原理

由于洪水上涨引起的水面比降大于稳定流下水面比降，而退水面时反之，造成同水位下，洪水涨落时的流量Q涨＞Qc＞Q退，表现在水位流量关系图上为逆时针绳套曲线。为消除因洪水涨落引起附加比降变化导致的同水位下涨退水面流量不相同现象，引入以稳定流时比降sc和洪水波传播速度u 以及涨落率Δz/Δt 为因子的流量校正因数[1+（1/usc）（Δz/Δt）]1/2。并假定同水位不同涨落率的流量符合公式：

式中：Qm—受洪水涨落影响时的流量，m3/s；

Qc—与Qm同水位的稳定流量，m3/s；

u—洪水波传播速度，m/s；

sc—稳定流时比降；

Δz/Δt—Δt 时间内水位增量，m；

[1+(1/usc)(Δz/Δt)]1/2—校正因数。

1.2 应用方法和要求

选择天然畅流状态下只受洪水涨落影响期的实测流量资料作为校正因数法的研究对象，对筛选出的流量资料进行定线并分析合理性，计算水位过程线上各摘录水位点的涨落率Δz/Δt，求出各点对应流量，计算出该次洪水洪量，并与原定绳套曲线所采用的连时序法所求得洪量进行比较。本文重点为分析校正因数法，对后续洪量计算限于篇幅不再展开。根据《水文资料整编规范》（SL/T247-2020）的相关规定，采用校正因数法定线推流，应符合下列要求：

（1）确定需采用校正因数法进行校正的流量测次：水位流量关系呈单式绳套，对复式绳套分割后分别进行校正。

（2）初步绘制z-Qc关系曲线：通过实测的水位流量关系点据中心定一条稳定时期的水位流量关系曲线。

（3）绘制z-1/usc关系曲线：根据水位过程计算各测点涨落率，由实测点的水位推得Qc值，按上述公式计算各测点的1/usc值，绘出z-1/usc关系曲线。

（4）检验z-Qc关系曲线：用各实测点的水位推得1/usc，用上述公式反算出Qc值，如果Qc与z-Qc关系曲线的偏差符合定单一曲线的要求，则认为原定z-Qc关系曲线合格。否则，应根据Qc对原定关系曲线进行修正。

（5）根据水位过程计算涨落率Δz/Δt，再由水位推得Qc和1/usc值，按上述公式计算Qm即为所求流量。

2 实例验证

2.1 应用测站概况

誓节水文站建于1987 年5 月，是皖南山区水阳江支流郎川河西支汭水河的控制站，国家基本水文站，站址以上控制流域面积678km2，测验项目包括降雨、水位、流量、悬移质含沙量、墒情、水质采样，属二类精度水文站。

该站测验河段较顺直，左岸、右岸有堤防。该站基本断面左岸堤防高程27.70m，右岸堤防高程26.80m，高水时河槽宽度约为90m。断面形状为“U”型，中高水控制良好，上游约100m 有钢筋混凝土公路桥一座，下游约150m 为两股分流在3km 处重新汇合。

洪水来源为上游降水，由于上游山区地形陡河流坡降大，河槽调蓄能力小，涨水历时变幅为11～13h，洪峰滞时变幅1～3h；洪水过程一般为单峰型，暴涨暴落，复峰型较少，水位流量关系主要受洪水涨落及下游工况因素影响，高水表现为逆时针绳套关系，测次布置和资料整编，采用连时序法和临时曲线法定线推流。

2.2 流量资料的选用

根据2016 年誓节水文站实测流量及相应原始水位数据和流量定线整编情况，全年有2 个单式绳套曲线，本次筛选水位涨幅较大者，实测流量测次为56～65次。水文站实测流量成果见表1。

表1 2016 年誓节水文站实测流量成果表

誓节水文站2016 水位流量关系图及相应流量测次在水位过程线上分布图，如图1 和图2 所示。

图1 2016 年誓节水文站水位流量关系图

图2 誓节水文站2016 年6 月水位过程线

2.3 绘制z-Qc 关系曲线

绘制z-Qc关系曲线，通过选用的实测水位流量关系点据中心定一条稳定时期的水位流量关系曲线，如图3 所示。

图3 誓节水文站2016 年z-Qc 关系曲线图

2.4 绘制z-1/usc 关系曲线

根据水位过程计算各测点涨落率，由实测点的水位查图3 关系曲线得Qc值，按校正因数法公式计算各测点的1/usc值，绘出z-1/usc关系曲线，如图4。

图4 誓节水文站2016 年z-1/usc 关系曲线图

2.5 绘制校正因数法水位流量关系曲线图

为了检验校正计算是否成功，根据实测点的水位与反算出的Qc值，在原图上点绘z-Qc关系点，查看关系点分布情况，是否紧密分布在原定的稳定期水位流量关系曲线两旁。绘制校正因数法水位流量关系曲线图，如图5。

图5 誓节水文站2016 年校正因数法水位流量关系曲线图

2.6 检验z-Qc 关系曲线

用各实测点的水位推得1/usc，用校正因数法公式反算出Qc值，并计算反算出的Qc对z-Qc关系曲线的偏差，检验的偏差应符合定单一曲线的要求，计算结果如表2。

表2 2016 年誓节水文站z-Qc 关系曲线检验表

从上述2016 年z-Qc关系曲线计算结果可以看出，该关系曲线系统误差小于1，随机不确定度小于10，符合《水文资料整编规范》（SL/T247-2020）关于二类精度站单一线定线要求，该z-Qc关系曲线定线合理。

3 结论

（1）通过对誓节水文站2016 年一次单式绳套曲线试算，验证了校正因数法可以较好地应用于受洪水影响下水位流量关系的定线推流。

（2）对誓节水文站而言，水位流量关系单值化只在高水部分效果明显，用单值化方法可以部分解决中高水水位流量关系定线问题。

（3）本次限于单站资料，不需要辅助站点，也可以对绳套曲线进行单值化，对于参证站点数量较少的河道站进行流量资料整编是不错的选择和借鉴。

（4）比较其他方法进行单值化处理节省工作量，便于电算整编■