基于双要素校正的黄村防汛站单值化成果精度研究.pdf

理论研究水利技术监督 年第 期:/基于双要素校正的黄村防汛站单值化成果精度研究程克俊(安徽省六安水文水资源局 安徽 六安)摘要:黄村防汛站受水位流量各年度间变化大 每年各季度差别大影响 其水位流量情况较复杂 根据洪水涨落和回水两种情况对黄村防汛站水位流量关系单值化进行分析 采用水位落差法、水位流量单值化两种方法 进行水位流量单值化成果精度研究与影响因素分析 通过计算基于双要素校正的单值化成果精度基本上能够满足防汛站定线的精度要求 意义:双要素校正过程中考虑到水位流量的相关因子所起到的作用 为水位流量进行单值化分析提供了新的方法关键词:双要素校正 黄村防汛站 单值化 精度 影响因素中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:程克俊(年)男 工程师:工程概况黄村防汛站位于安徽省六安市霍邱县河口镇黄村沣河大桥处 建于 年 月 为沣河控制站和中小河流防汛专用水文站 距离蒸发站驻地望城岗 其集水面积可达 具有水位流量各年度间变化大、每年各季度差别大的特点 水位流量主要是在每年的 月 存在洪水涨落时间短 含有较大的泥沙的问题 水文特点黄村防汛站属于淮河流域 在城西湖重要支流沣河的中上游 位于南方和北方气候相接区域年降水量最大能够达到 以上 其中 月份的 降 水 量 较 多 占 全 年 降 水 量 的 沣河的流量随着季节出现差别 夏天流量大 冬天流量较小 在、月份的流量最大 流量在每年度也有很大的不同 沣河流域为低丘陵地形 东西南三面高 中间低 整体地势由南向北倾斜 可快速汇集洪水 易造成严重损失 洪水主要来源于暴雨降水 水位流量关系受城西湖退水闸的闸门启闭影响十分严重 在大洪水期间容易受到下游城西湖水位的顶托 从而造成本站水位流量关系不稳定 测量现状黄村防汛站目前水位能观读到 在洪水的水位流量超出标准时 可以根据水位流量的变化使用临时水尺进行测量 可以采用在周围建筑物、树木或电线杆上加装水尺进行测量 也可以在建筑物上向下对水位进行测量 等水位降低后再测量零点高程 在洪水的水位流量超出标准时 黄村水文站断面处有河口大桥一座 使用电波流速仪进行测量 如果遇到大桥被洪水冲毁则采用中弘浮标法测流或者进行洪水调查 黄村防汛站位置如图 所示根据 年来黄村防汛站的数据记录 年全年实测流量 次 年实测流量 次 年实测 次 由于防汛站流量测量频繁且工作繁琐 该项工作的数据科学性对流量测报及防汛站的定线整编影响很大 给防汛和水情数据实时在线工作带来巨大压力 年度各月黄村防汛站实测流量统计次数见表 黄村防汛站数据单值化分析对于水位流量关系单值化分析 使用较多的是落差指数法 在防汛站上下游分别建立水位参考通过之间的水位落差 构建水位流量单值化函数对水位流量进行反向推算 年第 期水利技术监督理论研究图 黄村防汛站位置图示表 年各月黄村防汛站实测流量统计次数月份 年 年 年 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月建立受洪水和回水共同作用的水位流量关系的曲线 对其进行分析 能够实现对受共同作用的河道流量进行整编 黄村防汛站的水位流量关系由于受到暴雨洪水和下游城西湖水位顶托的混合影响 单值化分析成果不太明显 精度不高 基于此现状 针对黄村防汛站的水文特性 运用双要素校正方法 对黄村防汛站开展水位流量单值化成果精度分析 双要素校正方法因数校正法主要适用于稳定河床 能够对存在洪水涨落因素的水位流量单值化进行分析 水位落差法适用于受回水影响较大的防汛站 进行水位流量单值化分析 而防汛站的实际情况一般很少受到单一的原因影响 多数情况是洪水涨落和回水两种情况同时对水位流量带来影响 双要素校正方法是同时使用因数校正法和水位落差法两种方法 最后使用最小二乘法来算出最优的系数水文资料整编规范中指出 存在洪水涨落因素较大的水文防汛站 使用因数校正法对水位流量定线推流 计算公式为:(/)()式中:存在洪水涨落因素的河道流量/稳定流的水位与存在洪水涨落因素的水位相同时的河道流量/洪水波的速度/在稳定流状态时的比降 在 时间内水位增加量 (/)校正系数对式()取对数及泰勒级数展开 并将高阶项去除以后 得到 ()对于同时受到洪水和回水双重影响的水位流量关系 使用双要素校正法 其水位流量关系模型为:()式中 ()得到下式 ()列出矩阵()式中 实测点数量通过矩阵()计算各系数的数值 如果未知理论研究水利技术监督 年第 期参数 经过计算得到的每次测量均能满足要求的系数值 其数是唯一的 如果 经过计算得到的系数值是最佳值 双要素校正法在黄村防汛站单值化应用双要素校正法需要考虑洪水涨落和水位落差两方面 为了使其它原因给单值化成果精度带来的误差减少 在开展水位流量单值化分析时 将时间选择在水位流量稳定时期进行 本次水位流量应用将测量时间选择在 年 月 年 月 并且将城西湖退水闸(闸上游)的水位作为落差的参考 自 年 月以后 黄村防汛站处于低枯水期 冬季温度较低 外界的各类影响比较相似 选择 年 月的 次实测流量和 年 月的 次实测流量 共计 次低枯水期的实测流量结果进行分析矩阵()可以用 表示 如果 为方阵 则 为 如果 不是方阵 就不能进行逆矩阵求解 可以使用下面公式计算 ()()式()在运用过程中比较麻烦 可以使用求 的伪逆的方法计算 根据双要素校正法原理 使用 构建矩阵 进行计算 结合实际使用三阶函数进行计算 根据公式()黄村防汛站的水位流量分布公式为 ()式中 黄村防汛站的测算流量 黄洪水的涨落率 其值为()/表示的是黄村防汛站测流时间之后 的水位 表示的是黄村防汛站测流时间之前 的水位 综合水位落差 其值为(前黄村)(黄村 后)精度研究与影响因素分析根据式()构建水位流量单值化函数 其中包含洪水涨落和水位落差等相关量 对在此期间测量的流量单值化处理 次测量流量成果见表 表 年 月 年 月 次测量流量成果表测量日期截面位置测量方式基本水尺水位/流量/(/)截面面积/水流速度/(/)(平均/最大)水面宽度/河水深度/(平均/最大)基下 小浮标 /基下 小浮标 /基下 小浮标 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 流速仪 /基下 走航式 /基下 走航式 /基下 走航式 /基下 均匀浮标 /(下转第 页)工程实践水利技术监督 年第 期 由灿 邬登成.铜川市水库清淤扩容技术可行性研究浅析.中国水能及电气化():.王雷刚 赵小宁 王浪.零河水库清淤工程清淤方案浅析.陕西水利():.崔兴宇 毕望舒.满台城水库清淤疏浚工程设计.东北水利水电 ():.曹强.巴家嘴水库泥沙淤积现状分析及清淤措施.西北水电():.李兆 潘巧玲.厄瓜多尔 水电站项目调蓄水库清淤系统方案设计.云南水力发电 ():.韩景 朱宜平 吴彩娥 等.上海长江水源地大型水库清淤疏浚工程规划方案研究.水利技术监督():.刘建飞 任红侠.深水条件下生态清淤技术应用研究.人民黄河 ():.(上接第 页)使用水文资料整理规范中的定向精度指标对单值化成果精度进行研究和分析 用公式()计算实测点流量和推算流量间的系统误差和随机不确定度 ()式中 流量实测点的数量 第 个实测点的流量值/第 个实测点的单值化校正流量值/置信度大于的随机不确定度根据式()对误差进行统计 得到 年 月 年 月的 次测量的系统误差为 随机不确定度为 对测量点的偏差统计 测量点的计算值和实测数值的相对误差小于 的达到以上 采用水位落差法进行测算 测量点的系统误差为 随机不确定度为 两种测算方法相比较 双要素校正法的单值化成果精度略高于水位落差法 在 年 月 年 月的 次测量中 水位流量单值化精度误差大于的有 次 根据流量级划分规定 这两次为低枯水 且数值较小 如果将这两次测量去除 水位流量单值化随机不确定度的数值能够降到以下通过对 次实测数据的分析 基于双要素校正法对黄村防汛站的水位流量单值化推流计算 将水位流量变化的河道水力因素纳入考虑范围 能够用于水位流量单值化应用 存在少数测量计算精度需要提升的问题 黄村防汛站采用的是桥测和船测相结合的形式 流量测量用时较少 洪水涨落对测量精度影响不大 精度影响的主要问题是水位落差的确定 综合落差权重是以黄村防汛站与城西湖退水闸(闸上游)的水位落差为主 根据近 年来历史数据统计 在低枯水时期 其综合水位落差只有 左右 造成推流误差的增大 此外黄村防汛站受到城西湖退水闸闸门启闭影响 带来很大的外部干扰 影响着综合水位落差 以上问题对基于双要素校正法对黄村防汛站水位流量关系单值化分析的精度提升带来一定影响 结语在水位流量关系单值化分析的各种方法中 双因素校正法的使用场景是受洪水涨落的影响较大的防汛站 而水位落差法的使用场景是受回水流量影响较大的防汛站 水位一流量关系单值化分析结果较好 满足现行水文整编规范要求 使用后 能够大幅度减少流量测次 降低测验成本 减少劳动强度 提高相应流量报汛精度 但是当测验河段局部时段出现断面冲淤变化大、洪水陡涨陡落、回水頂托严重等特殊水情时 该单值化方案使用效果欠佳 需要恢复连时序法开展流量测验和整编 今后要加强单值化流量值的计算与分析 解决该方案对于特殊水情拟合度不高的问题参考文献 桂笑 胡婷 江鹏.虎山水文站水位流量单值化分析.江西水利科技():.黄烈敏 徐清涛 胡家彬.监利水文站水位流量关系单值化方法初探.水利水电快报.():.万凤鸣 龙立华.落差指数法在长江中游螺山站水位流量关系研究中的应用.科技创新导报():.张亭 吴尧.汉口水文站水位流量单值化方案及其应用.人民长江():./.水文资料整编规范.水文巡测规范.王振洋 王宝成 樊丽娜 等.三峡水库 葛洲坝水库调度影响下宜昌站流量单值化方案优化.水利水电快报 ():.王日升.落差指数法在水位流量关系中的应用.河北水利科技():.吴世勇 刘晓琴 彭艳明.沙市二郎矶站水位流量关系单值化分析研究.人民长江():.陈建湘 王涛 汪卫东.螺山站水位流量关系单值化研究与创新.水文 ():.刘倩.水文现代化建设若干问题及对策探析.水利规划与设计():.梁存峰.万年饱水文站高水期水位流量关系曲线单值化分析.山西水土保持科技 ():.