淺議冰期流量測(cè)驗(yàn)方法及精度分析

馬永紅

(吉林省水文水資源局吉林分局，吉林 吉林 136000)

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淺議冰期流量測(cè)驗(yàn)方法及精度分析

馬永紅

(吉林省水文水資源局吉林分局，吉林 吉林 136000)

在吉林省，每年的冰期為150～180d，在全年天數(shù)的一半以上，而且吉林省是一個(gè)水域比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，因此每年對(duì)冰期流量的測(cè)試就成為了一個(gè)十分重要的內(nèi)容。文章根據(jù)吉林省水文冰期流量的情況，結(jié)合水文測(cè)站的測(cè)量結(jié)果，對(duì)金沙河冰期流量測(cè)試的方法以及各種方法的精度進(jìn)行了分析。

冰期流量；測(cè)驗(yàn)方法；精度分析；資料整編

冰期一般分為5個(gè)階段，分別是秋季流冰期、封凍初期、穩(wěn)定封凍期、封凍末期及春季流冰期。其中12月到次年的3月是穩(wěn)定封凍期，主要特征為氣溫低、冰層厚、地面凍層厚，河流來(lái)水量主要是依靠深層地下水來(lái)進(jìn)行補(bǔ)給，日流量的變化也不明顯，因此河流流量的變化呈現(xiàn)較為明顯的退水曲線，其它4個(gè)階段的水文流量變化則比較明顯，稱之為非穩(wěn)定封凍期。在這五個(gè)階段中，除了穩(wěn)定封凍期以外，其它4個(gè)階段的日流量變化都比較明顯，這主要是日流量會(huì)受到氣溫等因素的影響。在進(jìn)行流量資料整編的時(shí)候，首先需要提升測(cè)量的精度，如果只是單純?cè)黾恿髁繙y(cè)試次數(shù)，這樣花費(fèi)的人力、物力以及財(cái)力就會(huì)提升，而精度不一定會(huì)提升。因此就需要以流量的精度測(cè)量為前提，這樣既能夠降低成本的花費(fèi)滿足精度要求，也能夠滿足資料整編的需求。

1 冰期水位—流量關(guān)系特點(diǎn)及資料整編方法

金沙河在結(jié)冰的過(guò)程中，水流過(guò)的有效面積在不斷減少，摩擦阻力也在不斷增加，水位和流量之間的關(guān)系也表現(xiàn)的比較凌亂。如果沒(méi)有出現(xiàn)冰壩、冰塞等情況，這么流量和水位之間的變化趨勢(shì)是偏向暢流期曲線的左側(cè)，也就是冰期流量逐漸減少。對(duì)這一時(shí)期的冰期流量進(jìn)行推求的時(shí)候，一般是采用改正系數(shù)法。改正系數(shù)法主要是指以暢流期曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線，用同水位下冰期流量與暢流期流量之比來(lái)作為改正系數(shù)。

由于冰期流量往往會(huì)受到冰塞、冰壩等情況的影響，水位會(huì)出現(xiàn)非正常情況的上漲，也會(huì)出現(xiàn)回水頂托的現(xiàn)象，河道水位和流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也會(huì)受到各種因素的影響而造成混亂，冰期流量的變動(dòng)也比較復(fù)雜，此時(shí)就需要采用時(shí)序法或者連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線法。目前在進(jìn)行冰期流量測(cè)試的時(shí)候，這兩種方法的應(yīng)用比較普遍，盡管成本較高，但是都可以在過(guò)程線上直接讀出冰期流量[1]。

在對(duì)金沙河進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)的時(shí)候，實(shí)際工作過(guò)程中，常采用單一連實(shí)測(cè)流量過(guò)程線法來(lái)進(jìn)行資料整編，這主要是因?yàn)樵摲椒▽?duì)環(huán)境的要求并不是很嚴(yán)格，不用考慮冰期的具體情況，資料整編的過(guò)程也比較簡(jiǎn)單。

2 吉林省金沙河的基本情況

吉林省金沙河年徑流量在5.0～15億m3，是吉林省內(nèi)流量相對(duì)較大的一條河流，在流域內(nèi)平均年氣溫在在1.0℃左右，在每年1月份溫度最低，為-22.9℃，在冰期流域內(nèi)溫度最大變化差是9℃。根據(jù)1981—2014年的冰情測(cè)試資料顯示，冰期內(nèi)規(guī)律變化比較穩(wěn)定，主要有岸冰、流冰、冰上流水、岸邊融冰、封凍等情況，偶有冰塞、冰壩等情況發(fā)生。河流結(jié)冰日期一般在11月上旬的時(shí)候，封凍日期在11月中旬，解凍時(shí)間在4月上旬，處于冰期最長(zhǎng)的時(shí)間是150d。

3 穩(wěn)定封凍期的流量測(cè)試次數(shù)

3.1 分析方法的選擇

本文在研究過(guò)程中選用2014—2015年年吉林省金沙河測(cè)得的冰期流量數(shù)據(jù)，2014年12月到2015年1月—3月的流量測(cè)試區(qū)，在每月的10日、20日以及30日為流量測(cè)試日期。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)使用的過(guò)程線法進(jìn)行處理，根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，如果每10d測(cè)試一次流量，那么推算的誤差在5%以內(nèi)，因此能夠保證推流的精度。

金沙河在穩(wěn)定封凍期(12月—次年3月)的時(shí)候，徑流量是全年徑流量的0.28%～2.0%，穩(wěn)定封凍期在對(duì)河流進(jìn)行補(bǔ)給的時(shí)候，主要是通過(guò)地下徑流進(jìn)行補(bǔ)給，此時(shí)沒(méi)有工業(yè)廢水和生活污水的注入，因此該階段的曲線呈現(xiàn)出退水曲線。為了提升整編資料的精度，對(duì)定線進(jìn)行推流的時(shí)候是采用實(shí)測(cè)流量過(guò)程線法。在對(duì)流量進(jìn)行測(cè)驗(yàn)的時(shí)候，可以采用均勻布設(shè)流量測(cè)次。因此，每10d進(jìn)行一次流量測(cè)試就能夠滿足實(shí)際要求。

3.2 流量停測(cè)的分析

金沙河在每年的時(shí)候都會(huì)有90d的以上的封凍穩(wěn)定期，此時(shí)的徑流量不到全年的5%。而對(duì)穩(wěn)定封凍期內(nèi)的流量進(jìn)行分級(jí)以后，然后進(jìn)行回歸分析，此時(shí)就可以對(duì)穩(wěn)定封凍期內(nèi)的流量進(jìn)行推測(cè)，就可以作為流量停測(cè)時(shí)期數(shù)據(jù)參考。

4 非穩(wěn)定封凍期的流量測(cè)試次數(shù)

4.1 測(cè)量過(guò)程及方法

根據(jù)資料顯示，吉林省金沙河在進(jìn)入冰期以后，2014年11月13日出現(xiàn)冰情以后，還會(huì)連續(xù)流動(dòng)13d才能夠進(jìn)入穩(wěn)定封凍期，在這個(gè)階段總共測(cè)流4次，在14日、17日、20日、25日進(jìn)行測(cè)流，主要是對(duì)測(cè)試點(diǎn)的水位、冰情以及氣溫進(jìn)行測(cè)試，主要是采用涉水測(cè)量的方法來(lái)對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量，采用精測(cè)法。

對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析顯示，冰期流量日的變化是隨著冰情的變化而變化的，氣溫是造成冰情變化的最主要因素，而其它天氣比如降水、風(fēng)力等也會(huì)對(duì)流量日的變化產(chǎn)生影響，但影響較小。流量日的變化主要表現(xiàn)為的下面的特點(diǎn)：在每日2～5時(shí)的流量最小；5～11時(shí)隨著氣溫的升高流量會(huì)逐漸增加；11～17時(shí)的時(shí)候流量的變化比較緩慢，但是一天中流量最大值會(huì)在此時(shí)出現(xiàn)；17時(shí)～次日2時(shí)，此時(shí)流量依舊變得緩慢。

4.2 代表性測(cè)流階段

在非穩(wěn)定封凍期測(cè)流的時(shí)候，需要選用一天中最具有代表性的時(shí)期來(lái)對(duì)流量進(jìn)行測(cè)定，這樣就能夠盡量減少測(cè)量的測(cè)試，測(cè)量的精度也會(huì)比較高。通過(guò)對(duì)金沙河冰期流量日的流量測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，將平均日流量作為標(biāo)準(zhǔn)值，然后和選定的代表性時(shí)段建立相互關(guān)系，然后進(jìn)行誤差計(jì)算。比如對(duì)每日8時(shí)和20時(shí)進(jìn)行流量測(cè)試，選用其平均值作為日平均流量。對(duì)結(jié)果分析顯示，沒(méi)有系統(tǒng)誤差，累計(jì)頻率95%的相對(duì)誤差為7.4%，累計(jì)頻率75%的相對(duì)誤差為5%，而在9時(shí)測(cè)定流量為日流量平均值，系統(tǒng)誤差為2.9%，相對(duì)誤差精度比8時(shí)和20時(shí)平均值低。因此8—20時(shí)之間是金沙河水文站進(jìn)行流量測(cè)試的代表性階段[2]。

5 結(jié) 論

金沙河穩(wěn)定封凍期在1、2月，該階段流量測(cè)試的次數(shù)≥3次，每10d測(cè)試一次；3、12月這兩個(gè)月測(cè)試次數(shù)在3～5次，每7d測(cè)試1次，這樣獲得的數(shù)據(jù)就能夠滿足水文資料編寫過(guò)程中對(duì)精度的要求。

而在非穩(wěn)定封凍期，流量是與氣溫、冰情、降水以及水位之間存在著密切的關(guān)系，需要根據(jù)水文的變化來(lái)增加次數(shù)，過(guò)程線峰谷拐點(diǎn)之間應(yīng)該有足夠的測(cè)量次數(shù)，這樣才能將整個(gè)流量的變化過(guò)程描述出來(lái)。在金沙河站進(jìn)行流量測(cè)試的時(shí)候，一天中8時(shí)到20時(shí)之間是最佳的測(cè)試時(shí)間，能夠代表平均測(cè)量值。當(dāng)測(cè)量人力達(dá)不到要求的時(shí)候，為了減少次數(shù)可以將9時(shí)的流量測(cè)試值作為一天中的平均流量值。但是當(dāng)氣溫、冰情等發(fā)生變化或者出現(xiàn)較大范圍內(nèi)的雨雪天氣的時(shí)候，需要增加測(cè)試的次數(shù)。目前對(duì)金沙河冰期流量的測(cè)試規(guī)律把握得還不透徹，因此就需要對(duì)流量測(cè)驗(yàn)的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，對(duì)冰期的測(cè)試次數(shù)以及測(cè)試時(shí)間進(jìn)行最優(yōu)化的選擇。

[1]姜喜民,朱晶,金鑫家.淺議冰期流量測(cè)驗(yàn)方法及精度分析.黑龍江水專學(xué)報(bào),2009,36(02)：22-24.

[2]田京楠,孫侃,田長(zhǎng)濤.永翠河帶嶺站冰期流量整編方法分析.黑龍江水利科技,2012(01)：14-15.

2016-07-26

馬永紅(1974-)，男，吉林四平人，工程師。

1007-7596(2016)09-0041-02

P332.4

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