淺談手工繪制水文“三關(guān)”圖

靳云霞

（黃河水利委員會天水水文水資源勘測局，甘肅 天水 741020）

今天借助各種軟件繪制一張水文三關(guān)圖，已經(jīng)被廣泛采納應(yīng)用，然而手工繪制“三關(guān)”（水位～流量、面積、流速）圖，依然是基礎(chǔ)。掌握水位～流量、面積、流速之間的關(guān)系和測算方法以及明晰合理性特征是基本性通識性常識，而應(yīng)用快捷工具只是技能的轉(zhuǎn)變。尤其對于小支流上建立的水文站，由于來水情況不同水文數(shù)據(jù)變化較大，相對軟件應(yīng)用難度較大，手工繪制仍是最穩(wěn)定、最可靠、必備的技能。

1 繪制方法

1）圖幅尺寸統(tǒng)一，圖名按“××河××站××××年水位～流量、面積、流速關(guān)系曲線圖”名稱填寫，在每張圖名的右上角按時間順序，用分?jǐn)?shù)形式注明每張圖的排列序號（分母為全年繪圖總張數(shù)、分子為每張圖的序號），如：全年共繪圖5 張，第一張為1/5、第二張為2/5 等，推流范圍：×××～×××m3/s，推流時間：××月××日××?xí)r～××月××日××?xí)r；測驗使用方法的圖例；○為流速儀精、常測法；關(guān)系圖中還應(yīng)繪制推流時段表和繪制說明表，圖中字體、字號等均按《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）填寫。

2）比例尺的選用應(yīng)為1、2、5 或10 的整倍數(shù)。以同一水位為縱坐標(biāo)，自左至右，依次以流量、面積、流速為橫坐標(biāo)，分別與橫坐標(biāo)大致成450、600、600 的夾角，并使三關(guān)線互不交叉。

3）根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》要求，在測驗中使用不同的測驗方法應(yīng)在圖中按規(guī)范規(guī)定的標(biāo)識符表示，如測驗方法在圖紙上用以下符號表示：○為流速儀精、常測法（實測斷面）；●為流速儀常測法（借用斷面）；◎為流速儀簡測法；△為全斷面浮標(biāo)法（實測斷面）；▲為全斷面浮標(biāo)法（借用斷面）；▼為中泓浮標(biāo)法或浮冰、漂浮物法；×為比降- 面積法；*為ADCP；#為電波流速儀（實測斷面）；@為電波流速儀（借用斷面）；所用符號應(yīng)在圖中注明。要保持圖面整潔、清晰、不影響讀數(shù)，做到點清線細(xì)。

4）關(guān)系圖上應(yīng)繪出上年末與下年初各3 個～5 個測點,以確保年頭年尾流量的銜接。各點應(yīng)有一定的變幅，接頭誤差應(yīng)≤2.5%。

5）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,可采用單一曲線法定線繪制。

6）受沖淤影響的水位～流量關(guān)系，由于同水位的面積增大或減小，使水位- 流量關(guān)系受到斷面沖淤變化的影響。過水?dāng)嗝婷娣e發(fā)生變化，從而影響水位- 流量關(guān)系。受經(jīng)常性和局部性沖淤影響，測點分布散亂無規(guī)律，應(yīng)根據(jù)本站特性繪制。受不經(jīng)常性沖淤影響，測點隨時間分布成幾個相對穩(wěn)定的帶組；受普遍沖淤影響，測點分布呈縱向平移。

7）水位- 流量關(guān)系受洪水漲落影響時，在一次洪水過程中，由于洪水波產(chǎn)生附加比降的影響，洪水過程的流速與同水位下穩(wěn)定流時的流速相比，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，水位- 流量關(guān)系測點分布為帶狀。若依時序連接各點，則形成以峰、谷點連線為軸的逆時針方向的繩套曲線，繩套的寬窄，由洪水特性所決定。孤立的洪峰形成單式繩套，出現(xiàn)連續(xù)洪峰時，形成復(fù)式繩套，由于河槽壅水影響，后到洪峰對應(yīng)的繩套略向左移。

8）定線要考慮趨勢的合理性，避免不加分析的見點連線，曲線的上下部分基本為平滑的直線，低水時水流歸槽，沖淤變化很小，高水時流速變小，河槽已基本穩(wěn)定，中間部分是相互平行的光滑曲線（多線條時在無特殊水情的情況下走勢是一致的，基本為相互平行的光滑曲線）。定線時首先考慮測站特性，確定關(guān)系點點群中心，曲線板漸漸上下移動，直至連繪出平滑的關(guān)系圖，避免盲目連線，繪出的關(guān)系圖出現(xiàn)上挑或下勾情況或是不合理現(xiàn)象。

9）一場洪水過程都是漸變的，繪制關(guān)系圖時應(yīng)欲考慮，不能從漸變過程中隨意切開定線繪圖，也就是《水文資料整編規(guī)范》中提到的連時序過渡，中間分開定線，會使流量突然變小，顯然是不合理的；突出反常的控制性、關(guān)鍵性點要進(jìn)行分析，并套繪相鄰測次的流速與斷面圖等輔助性圖表，對于分析結(jié)果和處理方法，要在單站整編說明書中說明。

點繪水位- 流量、水位- 面積、水位- 流速關(guān)系，通過點群中心，分別繪出相應(yīng)的三條平滑的關(guān)系曲線，控制條件無特殊變化，水位- 流量關(guān)系曲線不得有反曲。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)等于相應(yīng)的面積與流速的乘積，其偏差不應(yīng)超過《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）規(guī)定的±3%。

10）繪制關(guān)系圖時曲線的高水延長線一律采用虛線；低水放大：水位- 流量關(guān)系曲線下部，讀數(shù)誤差超過2.5%的部分，應(yīng)另繪放大圖；另外在限差之內(nèi)，估讀數(shù)值超過兩位，也應(yīng)繪制放大圖。

2 手工繪制的優(yōu)缺點

優(yōu)點：通過親自手工繪制水文三關(guān)圖，可以提高初入水文行業(yè)的工作人員理解繪制三關(guān)圖的方法、目的，達(dá)到指導(dǎo)、減少、消除測驗中存在的誤差和問題，提高測驗精度，使理論與實踐相結(jié)合，為以后熟練應(yīng)用軟件繪制三關(guān)圖打下堅實的基礎(chǔ)。

缺點：手工繪制三關(guān)圖，工作量大，定位不精確，讀數(shù)誤差大；如果出錯，不便修改，如涂改影響整張圖的美觀，如重新繪制則增加了工作量。

3 手工繪制實例

3.1 渭河北道水文站三關(guān)圖

北道站中高水水位- 流量均為單一關(guān)系，水位- 流量關(guān)系線與橫坐標(biāo)成45°曲線，水位- 面積關(guān)系曲線與橫坐標(biāo)成60°夾角，水位- 流速下部為60°曲線，上部接近平行于縱軸的關(guān)系曲線，因北道站水位～流量關(guān)系穩(wěn)定，各測點分布呈帶狀，所以用單一曲線法繪制，符合本站特性，繪制好的渭河北道水文站三關(guān)圖見圖1。

圖1 渭河北道水文站三關(guān)圖

3.2 散渡河甘谷水文站三關(guān)圖

散渡河甘谷水文站水位- 流量關(guān)系受沖淤影響，由于同水位的面積增大或減小，使水位- 流量關(guān)系受到斷面沖淤變化的影響。過水?dāng)嗝婷娣e發(fā)生變化，從而影響水位- 流量關(guān)系。受經(jīng)常性和局部性沖淤影響，測點分布散亂無規(guī)律，根據(jù)本站特性繪制，散渡河甘谷水文站三關(guān)圖見圖2。

圖2 散渡河甘谷水文站三關(guān)圖

4 結(jié)語

1）不論用什么方法繪制關(guān)系圖都應(yīng)根據(jù)測驗情況和關(guān)系點分布所受的主要影響因素，確定曲線走向，選用符合本測站特性的繪制方法和精度指標(biāo)。

2）定線時還應(yīng)結(jié)合本站測站特性，對實測點認(rèn)真分析。

3）繪制關(guān)系圖時除了要考慮精度和“三種檢驗”“系統(tǒng)誤差”對曲線的要求外，還應(yīng)考慮時間因素，避免產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。

總之，不論用什么軟件和方法繪制水文三關(guān)圖，手工繪制是基礎(chǔ)，只有掌握手工繪制方法，才能熟練應(yīng)用軟件繪制水文三關(guān)圖。