河槽匯流曲線預(yù)報方法應(yīng)用分析

孫 卓，魏艷鳳

（黑河水文局，黑龍江黑河164300）

河槽匯流曲線預(yù)報方法應(yīng)用分析

孫 卓，魏艷鳳

（黑河水文局，黑龍江黑河164300）

河槽匯流曲線法是河段上、下游斷面之間流量預(yù)報的常用方法。文章以馬斯京根河道匯流曲線和瞬時河槽匯流曲線基本原理為基礎(chǔ)，對兩種方法進(jìn)行了應(yīng)用分析和探討。兩種途徑得到的河槽匯流單位線，經(jīng)多次洪水驗(yàn)證分析，兩種匯流曲線的預(yù)報精度無明顯差異。針對實(shí)例流域具體情況，在參數(shù)計算方法選取，預(yù)報斷面區(qū)間來水量確定等方面提出了具體建議。

河槽匯流曲線；馬斯京根匯流曲線；瞬時匯流曲線；對比分析；預(yù)報精度

目前使用較廣的有馬斯京根匯流曲線與瞬時河槽匯流曲線。二者都是從聯(lián)解河段水量平衡方程及槽蓄方程得到的。不同點(diǎn)是二者的槽蓄方程不一。

馬斯京根法是用w＝k［xQ上＋（1－x）Q下］，后者的W＝KQ下，實(shí)際上是馬斯京根法在x＝0條件下的一個特例。瞬時單位線在使用時要轉(zhuǎn)化為指定時段的單位線。

瞬時單位線有參數(shù)n、k。n與k的乘積稱為單位線滯時，反映了一次洪水過程自上游站至下游站的平均傳播時間。n愈大，l（特征河長）、k愈小，曲線愈尖瘦，說明河槽調(diào)節(jié)能力小，k值愈大，即傳播時間愈長，河槽調(diào)節(jié)能力也愈大，洪水波就顯著展開。馬斯京根河槽單位線共有x、n（河段分段數(shù)）、k 3個參數(shù)，要求計算時段△t≈k，x愈小，洪水過程展開程度則大，河槽調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，下面分述兩種匯流曲線的實(shí)例應(yīng)用分析［2］。

1 河槽匯流曲線簡介

洪水波在傳進(jìn)中變形或河槽的調(diào)節(jié)作用，就其內(nèi)因來說是不穩(wěn)定流的水深和比降不斷變化引起的：①水流受河槽斷面形狀、糙率的約制和水流內(nèi)摩阻力造成斷面流速分布不均勻；②從流域各處匯入徑流或閘壩泄水變化使河槽水深、流速等水力要素隨時間而變，于是流量也隨時間而變。組成下斷面t時刻流量Qt的i個流束的水質(zhì)點(diǎn)是分處河段各處的［1］。它們各自的流速都不相等，但都能在t時刻傳至下斷面組成了Q下t，即：

2 河槽匯流曲線實(shí)例應(yīng)用分析

2.1 馬斯京根匯流曲線應(yīng)用分析

匯流曲線推求：

馬斯京根匯流曲線推求首先要求對預(yù)報河段進(jìn)行分段處理，各河段均采用同一短河段的參數(shù)K、X和△t來求出河段流量演算公式系數(shù)C0、C1、C2，然后用單位入流求出匯流曲線U（t），計算實(shí)例見表1及圖1。

表1中，取計算時段△t＝6h，實(shí)例站湯旺河五營站至伊新站河段長為98 km，洪水傳播時間約20 h。

表1 五營～伊新站河槽匯流曲線計算表

表2 五營～伊新站出流量演算表（馬斯京根匯流曲線）

2.2 瞬時河槽匯流曲線應(yīng)用分析

匯流曲線推求：

由于選取的時段長△t不同，同一次洪水分析出來的河槽單位線也不相同。為了使分析的單位線不受選取時段△t長短的影響，假設(shè)單位入流發(fā)生在t趨于零的極小時段內(nèi)，即單位入流是瞬時的，相應(yīng)于這個入流的河段出流過程就是瞬時河槽單位線［3］。應(yīng)用時，根據(jù)瞬時河槽單位線轉(zhuǎn)換成需要的時段△t單位線。

常用的瞬時河槽單位線為納須瞬時流域單位線，其表達(dá)式為：

應(yīng)用上式的關(guān)鍵是求參數(shù)n、k，一般采用求流量過程的矩得到（公式略），計算結(jié)果n＝2.38，k＝5.43。匯流曲線計算時根據(jù)n、k值查納須瞬時單位線S（t）曲線表即可，詳見表3～表6和圖2。

圖1 湯旺河五營～伊新站河槽單位線（馬斯京根法）

表3 湯旺河五營站流量過程求矩計算表（△t＝6h）

表4 湯旺河伊新站流量過程求矩計算表（△t＝6h）

表5 湯旺河五營～伊新站河槽瞬時單位線計算表（△t＝6h）

圖2 湯旺河五營～伊新站瞬時河槽單位線

表6 五營～伊新站出流量演算表（瞬時單位線）

3 結(jié) 論

1）以上兩種途徑得到的河槽匯流單位線在應(yīng)用于同一場洪水?dāng)M合預(yù)報時，洪峰流量誤差分別為15.3%和9.5%，均滿足預(yù)報精度要求，經(jīng)多次洪水驗(yàn)證分析，兩種匯流曲線的預(yù)報精度無明顯差異。

2）馬斯京根河槽匯流曲線推求時雖比較繁瑣，所需參數(shù)較多，計算量較大，但比較容易得出合適的單位線；瞬時河槽匯流曲線推求時計算量雖較少，且可以查S（t）曲線表得到匯流曲線，但參數(shù)n、k值由于洪水場次選取等因素，經(jīng)常出現(xiàn)不合理的現(xiàn)象。

3）天然河道預(yù)報斷面之間一般距離較長，區(qū)間入流往往成為河道流量演算預(yù)報的重要影響因素，選擇實(shí)例洪水進(jìn)行匯流曲線參數(shù)分析時如何確定區(qū)間入流非常重要。建議根據(jù)支流測站來水按計算時段和洪水傳播時間與上游站流量進(jìn)行疊加來確定具體上游來水量；對于無測站控制的區(qū)間入流應(yīng)根據(jù)區(qū)間降雨情況進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)預(yù)估來確定上游來水。由于實(shí)例流域資料條件限制，上述分析結(jié)論還很膚淺，僅供交流參考。

［1］長江水利委員會.水文預(yù)報方法：第二版［M］.北京：水利電力出版社，1993：29－70.

［2］葛守西.現(xiàn)代洪水預(yù)報技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，1999：125－145.

［3］水利部.水文情報預(yù)報規(guī)范［M］.北京：中國水利水電出版社，2000：9－11.

P333

B

1007－7596（2015）05－0027－04

2014－10－31

孫卓（1979－），女，吉林長嶺人，工程師；魏艷鳳（1976－），女，黑龍江嫩江人，工程師。