河槽匯流曲線預報方法應用分析

孫 卓，魏艷鳳

（黑河水文局，黑龍江黑河164300）

河槽匯流曲線預報方法應用分析

孫 卓，魏艷鳳

（黑河水文局，黑龍江黑河164300）

河槽匯流曲線法是河段上、下游斷面之間流量預報的常用方法。文章以馬斯京根河道匯流曲線和瞬時河槽匯流曲線基本原理為基礎，對兩種方法進行了應用分析和探討。兩種途徑得到的河槽匯流單位線，經多次洪水驗證分析，兩種匯流曲線的預報精度無明顯差異。針對實例流域具體情況，在參數計算方法選取，預報斷面區間來水量確定等方面提出了具體建議。

河槽匯流曲線；馬斯京根匯流曲線；瞬時匯流曲線；對比分析；預報精度

目前使用較廣的有馬斯京根匯流曲線與瞬時河槽匯流曲線。二者都是從聯解河段水量平衡方程及槽蓄方程得到的。不同點是二者的槽蓄方程不一。

馬斯京根法是用w＝k［xQ上＋（1－x）Q下］，后者的W＝KQ下，實際上是馬斯京根法在x＝0條件下的一個特例。瞬時單位線在使用時要轉化為指定時段的單位線。

瞬時單位線有參數n、k。n與k的乘積稱為單位線滯時，反映了一次洪水過程自上游站至下游站的平均傳播時間。n愈大，l（特征河長）、k愈小，曲線愈尖瘦，說明河槽調節能力小，k值愈大，即傳播時間愈長，河槽調節能力也愈大，洪水波就顯著展開。馬斯京根河槽單位線共有x、n（河段分段數）、k 3個參數，要求計算時段△t≈k，x愈小，洪水過程展開程度則大，河槽調節能力較強，下面分述兩種匯流曲線的實例應用分析［2］。

1 河槽匯流曲線簡介

洪水波在傳進中變形或河槽的調節作用，就其內因來說是不穩定流的水深和比降不斷變化引起的：①水流受河槽斷面形狀、糙率的約制和水流內摩阻力造成斷面流速分布不均勻；②從流域各處匯入徑流或閘壩泄水變化使河槽水深、流速等水力要素隨時間而變，于是流量也隨時間而變。組成下斷面t時刻流量Qt的i個流束的水質點是分處河段各處的［1］。它們各自的流速都不相等，但都能在t時刻傳至下斷面組成了Q下t，即：

2 河槽匯流曲線實例應用分析

2.1 馬斯京根匯流曲線應用分析

匯流曲線推求：

馬斯京根匯流曲線推求首先要求對預報河段進行分段處理，各河段均采用同一短河段的參數K、X和△t來求出河段流量演算公式系數C0、C1、C2，然后用單位入流求出匯流曲線U（t），計算實例見表1及圖1。

表1中，取計算時段△t＝6h，實例站湯旺河五營站至伊新站河段長為98 km，洪水傳播時間約20 h。

表1 五營～伊新站河槽匯流曲線計算表

表2 五營～伊新站出流量演算表（馬斯京根匯流曲線）

2.2 瞬時河槽匯流曲線應用分析

匯流曲線推求：

由于選取的時段長△t不同，同一次洪水分析出來的河槽單位線也不相同。為了使分析的單位線不受選取時段△t長短的影響，假設單位入流發生在t趨于零的極小時段內，即單位入流是瞬時的，相應于這個入流的河段出流過程就是瞬時河槽單位線［3］。應用時，根據瞬時河槽單位線轉換成需要的時段△t單位線。

常用的瞬時河槽單位線為納須瞬時流域單位線，其表達式為：

應用上式的關鍵是求參數n、k，一般采用求流量過程的矩得到（公式略），計算結果n＝2.38，k＝5.43。匯流曲線計算時根據n、k值查納須瞬時單位線S（t）曲線表即可，詳見表3～表6和圖2。

圖1 湯旺河五營～伊新站河槽單位線（馬斯京根法）

表3 湯旺河五營站流量過程求矩計算表（△t＝6h）

表4 湯旺河伊新站流量過程求矩計算表（△t＝6h）

表5 湯旺河五營～伊新站河槽瞬時單位線計算表（△t＝6h）

圖2 湯旺河五營～伊新站瞬時河槽單位線

表6 五營～伊新站出流量演算表（瞬時單位線）

3 結 論

1）以上兩種途徑得到的河槽匯流單位線在應用于同一場洪水擬合預報時，洪峰流量誤差分別為15.3%和9.5%，均滿足預報精度要求，經多次洪水驗證分析，兩種匯流曲線的預報精度無明顯差異。

2）馬斯京根河槽匯流曲線推求時雖比較繁瑣，所需參數較多，計算量較大，但比較容易得出合適的單位線；瞬時河槽匯流曲線推求時計算量雖較少，且可以查S（t）曲線表得到匯流曲線，但參數n、k值由于洪水場次選取等因素，經常出現不合理的現象。

3）天然河道預報斷面之間一般距離較長，區間入流往往成為河道流量演算預報的重要影響因素，選擇實例洪水進行匯流曲線參數分析時如何確定區間入流非常重要。建議根據支流測站來水按計算時段和洪水傳播時間與上游站流量進行疊加來確定具體上游來水量；對于無測站控制的區間入流應根據區間降雨情況進行經驗預估來確定上游來水。由于實例流域資料條件限制，上述分析結論還很膚淺，僅供交流參考。

［1］長江水利委員會.水文預報方法：第二版［M］.北京：水利電力出版社，1993：29－70.

［2］葛守西.現代洪水預報技術［M］.北京：中國水利水電出版社，1999：125－145.

［3］水利部.水文情報預報規范［M］.北京：中國水利水電出版社，2000：9－11.

P333

B

1007－7596（2015）05－0027－04

2014－10－31

孫卓（1979－），女，吉林長嶺人，工程師；魏艷鳳（1976－），女，黑龍江嫩江人，工程師。