3 應(yīng)用
本文將該模型具體應(yīng)用于湖南省湘江流域的龍家山水文站和董背沖水文站。龍家山站位于湘江一級支流洣水的中游,控制流域面積4515km2。董背沖站湘江位于二級支流鐵水下游,集水面積1681km2。兩站水位流量關(guān)系受洪水漲落率影響均比較嚴(yán)重。歷年洪水期的水位流量關(guān)系均呈繩套曲線,測次多,測流時間長,困難大。
3.1 工作曲線采集者退散
采用水力學(xué)模型前,先建立以下工作曲線:
(1)Z~n或d~n關(guān)系曲線。根據(jù)歷年實測的流量和比降資料,估算曼寧糙率系數(shù),建立相應(yīng)河段的水位(或水深)與糙率之間關(guān)系的曲線。
(2)Z~關(guān)系曲線。由于很多測驗河段是選擇在倒坡河床上,所以不能直接用河段的實際底坡代替。這時,可以近似地認(rèn)為每次洪水的洪峰峰頂和峰谷接近于恒定流流態(tài),故可通過各次洪峰峰項和峰谷所觀測到的比降資料分析出合理的值。一般情況下各級水位的正常水面比降是不同的。因此,可尋求正常水面比降與水位級的關(guān)系,建立水位與正堂水面比降的關(guān)系曲線。
(3)Z~A、Z~R、Z~d關(guān)系曲線。這些曲線根據(jù)最新的實測大斷面資料繪制。
3.2 推流計算程序
采用水力學(xué)模型推流計算的步驟如下:
STEP1. 確定計算推流水位Z;
STEP2. 確定計算時段長△t,其長度的確定應(yīng)滿足在推流水位Z,前后水位過程接近直線變化,計算相應(yīng)漲率△z /△t,其值為;
STEP3. 由工作曲線查得相應(yīng)于水位的正常水面比降、糙率及斷面參數(shù)面積、水力半徑和斷面平均水深;
STEP4.由、據(jù)Z~R工作曲線內(nèi)插、,近似計算△R/△d,其值為;
STEP5. 據(jù)式(10)通過牛頓迭代法計算△d /△X;
STEP6. 據(jù)式(6)計算相應(yīng)于水位的斷面流量;
STEP7. 繼續(xù)計算否?是則轉(zhuǎn)STEP1;否則結(jié)束。
全部計算工作在計算機(jī)上編程完成。
3.3 實例成果
由于篇幅所限,這里僅給出兩站設(shè)站以來實測最大洪水的水力學(xué)推流成果。其中附表為推流主要精度指標(biāo),附圖為推流過程線與流速儀實測點(diǎn)的對比。
(a) 龍家山水文站洪水流量過程線 (b)董背沖水文站洪水流量過程線
兩站設(shè)站以來實測最大洪水水力學(xué)推流與流速儀測流成果對比
4 結(jié)語
(1)通過水力學(xué)途徑用水位資料推算流量,經(jīng)濟(jì)簡便,其一個水文站的消耗僅相當(dāng)于一個水位站。本文介紹了一種近似擴(kuò)散波水力學(xué)推流模型。實例表明,該模型應(yīng)用于受洪水漲落率影響的水文測站,其推流精度能夠達(dá)到一定的要求,而且只要將水位采集裝置直接與計算機(jī)相聯(lián),即可實現(xiàn)流量自動記錄。這對于解決高洪測流特別是實現(xiàn)水文自動測報和水文測站的無人值守具有重要意義。
(2)測流斷面的水下地形和河床糙率是直接影響斷面流量的兩個重要因素。應(yīng)用本模型推流時要適時監(jiān)視斷面變化情況,并不定期用流速儀校測少量測次,以率定河床糙率。一旦發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)發(fā)生了變化,就及時修正相應(yīng)的工作曲線。