河道水位流量预报方法之我见

【摘 要】改革开放以来，人们的生活水平逐渐提高，社会经济加速发展，加上工业的不断扩充，人们对可再生资源的破坏等多种原因，导致了现在的气候越来越恶劣，很多地方经常发生暴雨和洪水，也有的会出现干旱。所以，在旱涝时期正确预报河流的水位及流量，并将河道进行合理的规划，控制河道的水位变化以及河水的流量是非常必要的，这样不仅可以保证河道内的水位和流量保持在一定的范围之内，还能减少农民的损失，降低庄稼干旱的机率。因此，政府及相关工作人员应该结合近几年洪水波的运动波的数值及规律，研究出准确合适的预报方法。本文将从河道水位与流量的关系、河流水位预报的方法等几个方面来论述笔者对于河道水位预报方法的一些见解。

【关键词】河道；水位；流量预报；方法

1 前言

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。

2 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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 水位与流量关系曲线的延长

如果由于条件的限制，不能测量出最高和最低水位处相对应的流量，在没有实际测量流量的水位幅度内，应该对水位和流量的曲线关系图进行高低水的延长。对于高水来说，一般是可以通过实际的测量、调查、退股出比降、断面和糙率等资料的，再通通过水力学公式可以推算洪峰流量，在水位点相应的图上作为控制，进行延长。对于低水而言，一般都可以找到断流的水位，讲该水位和其纵坐标的交点处作为控制，进行延长。曲线延长的是否合理准确，直接影响着河道洪枯水期最大、最小径流量、水位、流量等的正确数据，而这些数据则会关系到施工工程设计的大小、尺寸和规模。所以在进行曲线的延长时，当外延幅度较大，就必须十分谨慎。

3 河流水位预报的方法

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。

4 预报结果

使用上面的六个步骤进行计算和预报，可以将预报的平均水位同实际水位进行对比，其计算的平均值与实际测量值的误差一般在一米之内。

这种方法不仅能预报洪水期的水位，也能预报枯水期的水位。

5 小结

本文主要介绍了一种新型预报河道水位的方法，，通过当天河道的水位和流量便可以预报出第二天的水位，并且误差在一米之内。如果使用一般洪水的预报方法，在面对复杂的江湖关系时会遇到很多困难，需要使用更多的数据。而本文的方法则只需要本站的水位与流量，以及下站水位的长系列资料，就能准确的预报出河道的特性。但是这种方法也有不足之处，预测的实际水位还是有一定的差距，精准度和准确度还需完善，但是这种方法还是有很大的发展空间。

参考文献：

[1]雷庆.中小流域无流量测验河段的山洪实时水位预报方法研究[J].黑龙江水利科技，2010（8）.

[2]戴清.天然河道水位预报新方法初步研究[J].中国水利，2010（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）.

[4]李玉荣，葛松华.三峡水库建库前后荆江低水水位流量关系分析[J].人民长江，2011（6）.