渠系流量關系曲線的繪制

林建云

(新疆水利廳金溝河流域管理處，新疆沙灣縣 832100)

渠系斷面流量關系曲線的繪制是基層水管技術工作者的一項基本工作，渠系水文測驗中利用觀測的水位與實測的流量繪制水位～流量關系曲線，通過水位～流量關系推求瞬時流量和日平均流量，為水量調配和水費征收工作提供基礎數據；流量關系曲線的確定是水文資料整編的關鍵，其精度和合理性直接影響水文資料整編的可靠性；同時流量關系曲線也是斷面水文特性的直接體現，為斷面的改建起到指導作用。因此，作為基層水管技術工作者必須熟悉和掌握曲線繪制方法，才能解決在實際工作中經常面對的流量關系曲線繪制難、曲線精度低的問題。渠系斷面流量關系曲線的繪制包括水位流量關系曲線、水位面積關系曲線和水位流速關系曲線，在流量曲線繪制過程中通常簡稱為“三線”。

1 流量關系曲線繪制要求

渠系斷面流量曲線繪制過程中，對不沖不淤的穩定斷面按單一曲線繪制，而對于不穩定的測驗斷面有多種繪線方法，由于新疆河流大多泥沙含量較高，在渠道引水過程中，測驗斷面的穩定性主要受泥沙沖淤變化的影響，因此沖淤斷面水位流量關系通常按臨時曲線法來定線推流。所以，在渠系斷面流量曲線繪制過程中應綜合考慮以下幾方面的問題。

1.1 整體布局要均勻

整體布局是繪制流量曲線的前提工作。要求在同一張米格紙上，以水位為縱坐標，自左至右，依次以流量、面積、流速為橫坐標合理分布曲線的位置，使三條曲線應基本布滿整個圖幅，不發生偏離，使其既不相互交叉，還要能反映出各自高低水位的延長部分。同時，在圖紙上應注明其斷面的全稱及繪圖、校核人員的姓名和繪制日期。在實際工作中，往往有些斷面在曲線繪制中出現斷面的名稱不全，或繪圖人名未寫，或曲線使用時間不明確等情況。有些斷面出現曲線整體布局偏圖，或曲線相交等情況。這些都將影響到曲線整體布局是否均勻、完整而且美觀，最終都將影響到水位流量關系的應用。

1.2 比例選擇要適合

比例的選擇是流量曲線繪制的關鍵部分。每條曲線的比例選擇直接影響到流量曲線的查讀精度。對于穩定斷面水位流量關系曲線、水位面積關系曲線和水位流速三條曲線應根據最高水位和相應的最大流量、最大面積、最大平均流速與斷流水位，分別選用 1∶1、1∶2、1∶3～1∶5 的縱橫比例，使三條曲線大致呈45°、60°、60°的趨勢。而對于沖淤斷面在選取比例時，采用不沖不淤的測點來確定標準線，其余的臨時曲線與標準線間則按相應的比例平移，斷面淤積時曲線在標準線的左側，而斷面沖刷時則曲線在標準線的右側。

若比例選擇的不適合則流量曲線變陡或變緩，將影響流量的查讀精度。因此，不論是穩定斷面還是沖淤斷面比例的選擇適合與否，都將直接影響到所繪流量曲線的查讀精度。

1.3 測點點繪精確完整

測點點繪是流量曲線繪制過程中最基本的一項步驟。首先通過斷面選取的比例分別計算出“三線”每小格代表的數值，然后根據每個測點流量、面積和平均流速值，分別除以其相應的每小格代表的數值，則得到測點在米格紙上相應的格數，再與相對應的水位直接通過數米格紙上的格數來點繪測點即可。若其中個別測點未點繪，則標注說明其原因。

在實際工作中經常出現點繪錯誤的情況，如有的測點水位對不上；有些測點僅點繪了流量，而面積、流速的測點未點繪；有的格子數錯了，明顯差幾個整格；有的數值不精確差1～3小格，這些情況都直接影響到所繪流量曲線的精度。同時，在米格紙上點繪測點時，測點標志符應以實際測點為中心，盡量畫的小一些，極少數斷面也出現畫的標志符較大的情況，這樣在繪線時也會影響到曲線的精度。

1.4 定線與修正要同時進行

定線是流量曲線繪制的核心部分。要求繪制三條曲線盡量從點群中心通過，定出一條平滑的關系曲線，這樣可以消除一部分測驗誤差。若不經過分析而順著測點連線，則否認測驗存在的誤差。一般從三條曲線點群中找出兩條最容易成線的點群繪制曲線，而后根據繪制的兩條曲線的關系，推算出不易成線的那條曲線。當流量曲線繪制完成后還要進行曲線間的校核與修正，三條曲線應相互對照，使在曲線上查讀的各級水位的流量，應等于相應的面積與流速的乘積，其偏差不應超過±2%～3%。若超過此范圍則應進行曲線間的修正，直到滿足精度要求為止。

2 繪線工作中應注意的問題

在渠系流量關系曲線繪制過程中，還需掌握一些關鍵事項來進一步提高定線精度，如：通過實測結果計算曲線比率來選取合適的定線比例；通過實測資料找到斷流水位，用于確定曲線起點的準確位置；通過歷年或全年流量測驗資料來確定高低水延長部分。另外，通過對突出點進行檢查分析，不僅認識該測站斷面的水力特性，而且也提高了測點的精準度。

2.1 曲線比率的取值

計算曲線比率是曲線繪制中選取比例的一種方法，在實際工作中若比例選擇的不合理則出現曲線較陡或較緩的情況，這樣會影響流量的查讀精度。通過計算確定合適的曲線比率來繪制流量曲線，可較好的提高繪線效率，同時也可提高流量精度。在米格紙上確定每格所對應的水位與流量、面積、流速值時，可根據實測點相應的最大和最小值進行計算。

（1）水位與流量(H～Q)，通常取1∶1的關系，可根據以下公式計算曲線比率：

KQ等于水位1cm時所對應的流量。即假如米格紙上縱坐標每格對應水位 2cm，則橫坐標上每格流量等于 2KQ。

（2）水位與面積(H～A)，通常取1∶2的關系。可根據以下公式計算曲線比率：

在實際計算時水位 1cm對應的面積等于 2KA，即假如米格紙上縱坐標每格對應水位 2cm，則橫坐標上每格面積等于4KA。

（3）水位與流速(H～V)，通常取1∶3～1∶5的關系。可根據以下公式計算曲線比率：

即實際計算時水位 1cm對應的流速等于 3～5KV。假如米格紙上縱坐標每格對應水位2cm，則橫坐標上每格流速等于6～10KV。

2.2 斷流水位的取值

在渠系斷面定線過程中還要體現出斷流水位，斷流水位也就是斷面流量為零時所對應的水位，斷流水位確定是否合理，將直接影響到所定流量曲線低水部分的精度。

2.2.1 穩定斷面斷流水位的取值

通常穩定斷面以零點為斷流水位，但在實際工作中，有些穩定斷面也會因渠底沖涮磨損或斷面改建出現正負幾厘米為斷流水位的情況。通過統計實測流量資料計算出穩定斷面的斷流水位，穩定斷面斷流水位的數值為每個實測點的水位與平均水深的差值。當差值為零時說明其斷流水位為零點；當差值為正值時說明斷流水位在零點以上，并向上移動其相應數值；當差值為負數時說明斷流水位在零點以下，并向下移動其相應數值。

2.2.2 沖淤斷面斷流水位的取值

沖淤斷面的斷流水位是沖刷或淤積相對穩定時期流量為零時所對應的水位，斷流水位的多少根據不同時期的沖淤深度情況而確定，在沖淤斷面臨時曲線法定線中，每個斷流水位的取值方法都相同。

首先將所有實測點的水位與平均水深的差值進行統計分析，就會發現在同一沖淤斷面上實測點差值的數據相等或相近，則斷流水位為這些相等或相近數據的平均值，然后可根據所確定的斷流水位與這些實測點繪制出這段時期內的流量關系曲線。

當斷流水位為零時所繪的曲線為不沖不淤時期的標準線；當斷流水位為正值時斷面處于淤積時期，且斷流水位在零點以上；反之，斷流水位在零點以下處于沖刷時期。一般在實際工作中繪制臨時曲線最多不能超過七條。

2.3 流量關系曲線延長線要適合

在測站因某種原因未能測得最大或最小流量時，為推求全年完整流量過程，必須對水位流量關系曲線高水或低水作適當延長。一般情況，高水部分延長不應超過當年實測流量所占水位變幅的30%；低水部分延長不超過10%。

2.3.1 高水延長

高水延長可影響到全年最大流量數值，若斷面位置基本穩定，基本水尺未變動，則可參照歷年水位流量關系曲線作高水延長。斷面的最高水位根據全年最高水位或歷年最高水位確定，如果還不能確定可根據所給測流成果數據，最少大于實測最高水位一個水位級（5cm或10cm）確定最高水位。

（1）穩定斷面高水延長。

穩定斷面水位面積、水位流速關系點子常較集中,曲線趨向明顯,可根據水位面積、水位流速關系曲線來延長水位流量關系曲線，延長高水曲線可采用以下方法：延長時可參考渠道水力因素推求近似面積值，順趨勢延長水位面積關系曲線。高水時的水位流速曲線，常趨近于與縱軸接近平行的直線。根據這種特性，可順實測的水位流速關系曲線趨勢向上延長。以延長部分的各級水位的流速乘以相對應的面積得到對應流量，據此便可繪出延長部分的水位流量關系曲線。

（2）沖淤斷面高水延長。

沖淤斷面可參照歷年水位流量關系曲線作高水延長。各年的水位流量關系曲線的高水部分常接近平行，可根據此特性進行高水延長。延長時,將歷年的水位流量關系曲線繪在一起，然后根據歷年曲線趨勢，參考本年斷面沖淤、比降和流速變化的情況，向上延長。對于繪制主線，則可以從該組流量實測資料中找出最高測得水位，再提高一個水位級即可。

2.3.2 低水延長

低水部分水量雖小,但是若延長不當,則產生的相對誤差可能較大,且影響歷時也較長。低水延長一般可采用水位面積、水位流速關系曲線法進行, 低水水位流速曲線為向上凹的曲線，據此特性可順勢向下延長，用延長部分的各級水位的流速與面積相乘得相應流量來繪出低水延長部分的水位流量關系曲線，同時，以斷流水位作為低水延長的控制點，將水位流量關系曲線向下延長至需要的水位處。

2.4 突出點的檢查分析

對突出點的分析，就是對流量關系點子分布中比較突出、反常的測點進行認真分析查找原因。這也是決定水位流量關系曲線精度和認識測站特性的重要步驟之一。突出點主要從斷面水深與面積測量、水位觀測、流速紊流時的影響等方面來考慮；如若是水力因素變化或特殊水情所致，應作可靠資料使用；如屬于測驗或計算方面的錯誤，則應予改正，無法改正的可以舍棄。但除計算錯誤外，都要說明改正的根據或舍棄的原因，暫時檢查不出產生突出點的原因，可作為可疑資料，有待繼續調查研究分析，并予適當處理和說明。

3 流量曲線的精度檢驗

當渠系斷面流量關系“三線”繪制完成后，對其成果精度是否滿足還需檢驗。穩定斷面的水位流量關系曲線、沖淤斷面臨時曲線法的主要曲線，均應計算關系點對關系線的標準差和隨機不確定度，以確定所定曲線的精度。當測點達到十個以上的，均應做符號檢驗、適線檢驗和偏離檢驗。當三種檢驗結果接受原假設時，應認為定線正確；若三種檢驗有一種結果拒絕原假設時，則應分析原因，對原定線適當修改后重作檢驗。

綜上所述，在渠系斷面流量關系曲線的繪制過程中，影響斷面水位流量關系曲線繪制的因素很多，因此在定線過程中,應掌握科學合理的定線方法，加強理論分析，綜合考慮各方面的影響因素，減少誤差，提高定線精度，以解決基層水管技術工作者在實際工作中水位流量關系曲線繪制較難、曲線精度較低的問題。

[1]丁致煒,黃愛海,張恒伯,等.水文資料整編[M].北京∶水利電力出版社,1979年11月∶11-40

[2]劉金良.減少流量整編誤差的方法分析.[DB/OL]http∶//www.xueshuqikan.cn/view.php？tid=91407&cid=310,2010-08-09 /2012-02-20