关于河道洪水水位流量预报方法研究

关于河道洪水水位流量预报方法研究

卢伟  贺俊伟

青海省海西蒙古藏族自治州都兰县和平街1号水文巡测队  青海省海西蒙古藏族自治州816100

摘要：当河道面临洪水时，在预报中最为重要的水文要素便是水位和流量的预报。许多国家在现在河道的水位流量预报中都采用的是马斯京根流量演算法，但是这种方法包括它的一些改进方法都不能对水位进行最准确和有效的预报。一些传统的预算方法是通过研究洪水的传播问题来推断河道下游的流量和水位，一旦出现了两江交汇的情况，这种算法就变得很复杂。要想预报准确有效的水位流量，就必须首先通过洪水来进行计算，再根据客观的数据来推算出河道水位和流量的变化规律，进而对河道断面处的流量和水位的不同的变化过程进行预报。

关键词： 河道水位；流量预报；方法

1河道水位与流量的关系

根据河道断面水位与流量所对应的数值来分析， 流量与水位之间应该是对应的状态。 这种关系应该通过当地不同的河道的水流， 进行多次实际测量， 确定相应的水位流量， 一般都采用经验曲线、 表格或者经验方程等形式来表达。 河道的水位流量是由多种水力因素， 例如水面的宽度、 断面的面积、 水力的比降等因素共同决定的。 在实际测量中， 水位与流量的关系有稳定的， 但也有较为不稳定的。 由于现在对河道流量测验的技术还比较复杂、 费用较为昂贵， 很难进行连续的测量， 但是连续的观读水位却是很容易办到。 所以， 技术人员通常使用连续的水位资料， 并根据以往水位和流量的关系进行推算和转化， 计算出连续的流量的资料， 进而用作水文的计算或者预报的分析； 但是有时也会遇到已知流量的数据， 通过水位与流量的关系而反推水位的情况， 例如推算河道防汛时的水位或者水电站、闸坝电站下游的水位等。

1. 1 稳定的水位与流量的关系

稳定的水位与流量的关系是指， 在一段较长的时期内， 断面实际测量的水位与其相应的流量都是呈密集带状分布的， 一般都可以用一条单一的曲线表示， 但必须至少具备以下的一个条件： 第一， 当河道断面的面积、糙率、 水力的比降等多种水力因素都在统一水位时， 保持不变。 第二， 在同一水位时， 河道断面的面积、 糙率、 水力的比降等因素有所变动， 但是变动的因素对河道水位和流量关系的影响可以互相补偿。 在这种情况下，同一个水位只对应一个流量， 水位与流量的关系自然就成为一条单一的曲线。

1. 2 不稳定的水位与流量的关系

不稳定的水位流量关系是指， 由于河道会受一种或者多种因素的影响， 实际测量的水位和流量的点距并不能呈密集带状分布， 不能用一条单一的曲线表示， 同一水位会与多个流量相对应， 反之， 同一流量会与多个水位相对应。 通常引起这种水位与流量关系变化的因素有四种： 第一， 河床冲淤， 导致同一水位的断面面积发生了 变化， 进而影响流量。 第二， 洪水的涨水与落水的阶段， 河道的水面比降会不同， 因为河道的流速不同就会影响水位的下流量。 第三， 在河流的中下游， 由于河道的水位受到支流汇合、 湖水顶托、 闸门启闭等因素的影响， 变动回水， 使得水面比降发生一些变化， 从而引起水位和流量的关系不稳定。 第四， 水面的结冰、 水生植物等因素也会导致河道断面面积、 水力比降和糙率等水力因素的变化，进而影响水位和流量的关系。

2、河道水位流量测验的经典技术理论

众所周知，河流断面上的各个水质点的流速是不相同的，具体的流速分布情况被水利专家们称为流速场。河道流量测验的经典技术也被称为流速-面积法，就是测验出各个水质点的流速分布情况，进而将流速等直线图绘制出来，然后通过计算两相邻等速线的均值乘以它们之间所夹的面积，并进行累加，从而得到具体的河道流量。例如，一个地区如果海拔高度在2000米左右，该地区上有平原、盆地、高山、峡谷等地形，那么我们在进行该地区的河道流量测验时就要充分考虑到地形因素，从而使得测验出来的数据真实可靠，一般都是通过河流的等高线来进行测验，即首先测验出相同等高线之间的面积，然后沿着高程的增高而进行累加，进而除以整个地区的河流面积就可以得到准确的河道流量。其用数学公式表达的话就是Q=V·A，即流量等于断面平均流速乘以过水面积。当然，在实际的河道流量测验中往往会受到很多因素的影响，对一个地区进行全面的测验是不现实的，因此在实际工作中，测验技术人员往往是在断面的同一起点距上沿着水深垂直方向测验n个点的流速，然后算出平均值，这就是在河道流量测验的经典技术理论基础上延伸出来的垂线平均流速测验法，这种测验技术不仅克服了经典技术理论过于理想化的缺点，更是有效地把一条垂线上本不相等的各个水质点流速变成了一条等速垂线，如此河道流量的测验效率就得到很大的提高。但是，无论是多么先进的测验仪器，其测验出来的河道流量都只是“真值”或者说是相对真值，而不是完全精确的河道流量，其中是存在一定的误差的。

3、河流水位预报的新方法

3.1水位与流量关系

单值化拟合在分析河道每日的水位、流量等资料时，可以知道水位流量的拟合关系式。

3.2不同的流量及预报时间

流量变化的确定通过之前水位和流量的关系式，可以计算出第二天的日均流量，并能计算出两日均流量的差值与比值。通过点绘法，就可以得出日均流量与比值之间的关系，以及其关系点的平均线、上包线和下包线。

3.3.流量的变化

引起水位变化的计算通过利用上包线、平均线和下包线，就可以粗略的估算出第二天河道的流量，进而计算出由于流量的变化而引起水位变化的数值。

3.4.通过上下站的水位关系来确定下站的可能水位

因为第二天水位可能会发生变化，因此使用点绘法来监测水位之间关系的方法，来确定水位由于流量的变化而引起变化的水位值，从而可以得到三个第二天可能出现的水位值。

3.5.预报水位计算

通过这三个可能的水位可以计算出三个可能的流量，从而可以计算得出第二天的三个预报水位。

3.6第二天实际水位和流量的输入

在第二天实际观察测量水位和流量之后，就可以提供第三天水位预报的可能值。预报计算即通过重复以上的六个步骤。但是在实际预报中，只需要按照第二至第六步的步骤来进行计算即可。因为第一步可以通过已经有的数据进行拟合就能得到，就能得到预测水位。同时，如果不进行第六步的计算，直接用第二日的平均预测水位来预报第三日的水位，那么误差就会相对较大。

结束语

本文介绍了新的水位预报方法，依据当天流量、水位可预报本站第二天水位，误差基本小于1.0m。如按一般水位流量预报计算，复杂的江湖关系给计算带来极大的困难，需要引入更多的水流条件和河道形态数据，它为河道规划提供了设计依据，也为河道的防洪减灾工作提供了决策依据，具有较强的实用性。

参考文献

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[2]戴清.天然河道水位预报新方法初步研究[J].中国水利，2015（10）.

[3]杨国宝，周宏颖.河道水位流量预报方法研究[J].城市建设理论研究，2013（15）.