冰期繩套曲線的探討
——以湯旺河晨明站為例

盧 洋，鄭立輝，王凱毓

(黑龍江省伊春水文水資源中心，伊春 153000)

1 問題提出

天然河流，暢流期一般多采用水位流量關系單一曲線法或多條臨時曲線并主要分別以連時序繩套形式進行過渡的曲線法(以下簡稱：繩套曲線法)推算流量，而冰期則通常采用流量過程線法或K值過程線法。

相關法與兩種過程線法比較：他們適用的條件存在差異，譬如過程線上的峰、谷處缺少控制點，插補很困難或無法插補，而繩套曲線可按曲線趨勢或參照鄰近曲線趨勢等進行延長，具有可靠參照依據。

尋找冰期相關法推流，文章就是以此為課題開展的初步研究與嘗試。

2 相關原理

天然河道暢流期的水位流量相關曲線，一般有單一曲線、臨時曲線及其繩套曲線等。因為冰期流量與水位關系紊亂,所以就說二者完全沒有關系,那也是不完全正確的，處在某些局部地方表現二者還是有相關關系。在整個冰期，隨著水浸冰厚逐漸加厚，流量逐漸減小。當水浸冰厚達到最厚時，流量隨之達到最小。而后隨著溫度回升水浸冰厚逐漸變薄，這時流量隨之增大。

根據冰期流量及一些相關要素的關系特點，給出其模型數學函數表達式如下:

Q=f(Zy)

(1)

式中：Q為斷面流量，m3/s；Zy為有效水位，m。

這里的有效水位是指水位與相應斷面平均水浸冰厚之差，即

Zy=Z-di

(2)

式中：Z為相應水位或水位，m；di為相應斷面平均水浸冰厚或斷面平均水浸冰厚，m。

式(2)既是計算相應有效水位，也可計算瞬時有效水位。式(1)就是代表用來建立有效水位與流量相關關系曲線函數式，依此模型就可以進行定線推流，進一步求得推算河川徑流量[1]。

3 實 例

晨明站2018年11月至2019年4月一個完整冰期資料，包括水位、流量、冰情和冰厚觀測資料。該站處在湯旺河下游，亦屬山區性河流，一年中有半年多為冰期，冬天氣溫最低達零下30多℃，一般年份冰厚在1m左右。

3.1 水浸冰厚計算

根據晨明站實測流量的斷面水浸冰厚測量數據分析，并參照固定點冰厚數據，可以看出斷面平均水浸冰厚代表性很好，基本能夠代表測驗河段平均水浸冰厚變化規律。只是現在普遍存在冰期兩端附近存在無實測水浸冰厚資料，這部分只能按冰情現象發展進行趨勢延長。一般來講，初冰期呈漸變，解凍處為突變，根據具體實際情況，突變以終冰或其他冰情等為零點作控制信息趨勢進行處理，見圖1。

點繪實測斷面平均水浸冰厚點，然后連成一條平滑的水浸冰厚過程線。通過該線查得整個冰期逐日水浸冰厚值，因為水浸冰厚日變幅不大，只要求出逐日量就可以滿足下一步進行計算有效水位。

3.2 有效水位計算

根據逐日水浸冰厚值和觀測的各時段水位資料，利用公式(2)就可以計算各時段有效水位。對應實測流量的相應有效水位計算是利用公式(2)代入相應水位和相應斷面平均水浸冰厚值就可獲得，見圖1。

圖1 有效水位及綜合過程線圖

3.3 建立三關線

由實測斷面流量、斷面面積、斷面流速與相應有效水位建立關系，通過各時段有效水位的漲落變化就可以定出有效水位-流量、面積、流速相關曲線，見圖2[2-5]。

圖2 有效水位—流量、面積、流速關系曲線圖

4 特點分析

通過此次定線推流與原K值過程線法流量成果進行比較可以看到：一是在穩定封凍期，二者推得的流量差別不大；而在冰期兩端附近處水位變化劇烈的地方推得的流量出入很大或太大。流量測次配備在峰、谷處實測控制點不夠，這樣不足以控制水勢的變化。實測點控制好，二者相差就小；實測點控制不好，二者相差就大。因此，在實測點子一定的條件下，有效水位-流量關系繩套曲線法應該是最有效的。

5 結 論

冰期有效水位-流量關系繩套曲線法，最關鍵的是加入了斷面平均水浸冰厚這一水文要素。斷面平均水浸冰厚過程線是一條逐漸緩慢變化的上凹曲線，只是在解凍后出現突然減小或出現水浸冰厚為零的現象，整個冰期這條曲線只要用幾個控制點就能容易測得到，加之水位是可完全測得到的，因此，有效水位就可完全精準地確定下來。

此方法要求流量測次適當，就可以獲得滿足條件，并且推流精度高效果好。