渠系流量关系曲线的绘制

林建云

(新疆水利厅金沟河流域管理处，新疆沙湾县 832100)

渠系断面流量关系曲线的绘制是基层水管技术工作者的一项基本工作，渠系水文测验中利用观测的水位与实测的流量绘制水位～流量关系曲线，通过水位～流量关系推求瞬时流量和日平均流量，为水量调配和水费征收工作提供基础数据；流量关系曲线的确定是水文资料整编的关键，其精度和合理性直接影响水文资料整编的可靠性；同时流量关系曲线也是断面水文特性的直接体现，为断面的改建起到指导作用。因此，作为基层水管技术工作者必须熟悉和掌握曲线绘制方法，才能解决在实际工作中经常面对的流量关系曲线绘制难、曲线精度低的问题。渠系断面流量关系曲线的绘制包括水位流量关系曲线、水位面积关系曲线和水位流速关系曲线，在流量曲线绘制过程中通常简称为“三线”。

1 流量关系曲线绘制要求

渠系断面流量曲线绘制过程中，对不冲不淤的稳定断面按单一曲线绘制，而对于不稳定的测验断面有多种绘线方法，由于新疆河流大多泥沙含量较高，在渠道引水过程中，测验断面的稳定性主要受泥沙冲淤变化的影响，因此冲淤断面水位流量关系通常按临时曲线法来定线推流。所以，在渠系断面流量曲线绘制过程中应综合考虑以下几方面的问题。

1.1 整体布局要均匀

整体布局是绘制流量曲线的前提工作。要求在同一张米格纸上，以水位为纵坐标，自左至右，依次以流量、面积、流速为横坐标合理分布曲线的位置，使三条曲线应基本布满整个图幅，不发生偏离，使其既不相互交叉，还要能反映出各自高低水位的延长部分。同时，在图纸上应注明其断面的全称及绘图、校核人员的姓名和绘制日期。在实际工作中，往往有些断面在曲线绘制中出现断面的名称不全，或绘图人名未写，或曲线使用时间不明确等情况。有些断面出现曲线整体布局偏图，或曲线相交等情况。这些都将影响到曲线整体布局是否均匀、完整而且美观，最终都将影响到水位流量关系的应用。

1.2 比例选择要适合

比例的选择是流量曲线绘制的关键部分。每条曲线的比例选择直接影响到流量曲线的查读精度。对于稳定断面水位流量关系曲线、水位面积关系曲线和水位流速三条曲线应根据最高水位和相应的最大流量、最大面积、最大平均流速与断流水位，分别选用 1∶1、1∶2、1∶3～1∶5 的纵横比例，使三条曲线大致呈45°、60°、60°的趋势。而对于冲淤断面在选取比例时，采用不冲不淤的测点来确定标准线，其余的临时曲线与标准线间则按相应的比例平移，断面淤积时曲线在标准线的左侧，而断面冲刷时则曲线在标准线的右侧。

若比例选择的不适合则流量曲线变陡或变缓，将影响流量的查读精度。因此，不论是稳定断面还是冲淤断面比例的选择适合与否，都将直接影响到所绘流量曲线的查读精度。

1.3 测点点绘精确完整

测点点绘是流量曲线绘制过程中最基本的一项步骤。首先通过断面选取的比例分别计算出“三线”每小格代表的数值，然后根据每个测点流量、面积和平均流速值，分别除以其相应的每小格代表的数值，则得到测点在米格纸上相应的格数，再与相对应的水位直接通过数米格纸上的格数来点绘测点即可。若其中个别测点未点绘，则标注说明其原因。

在实际工作中经常出现点绘错误的情况，如有的测点水位对不上；有些测点仅点绘了流量，而面积、流速的测点未点绘；有的格子数错了，明显差几个整格；有的数值不精确差1～3小格，这些情况都直接影响到所绘流量曲线的精度。同时，在米格纸上点绘测点时，测点标志符应以实际测点为中心，尽量画的小一些，极少数断面也出现画的标志符较大的情况，这样在绘线时也会影响到曲线的精度。

1.4 定线与修正要同时进行

定线是流量曲线绘制的核心部分。要求绘制三条曲线尽量从点群中心通过，定出一条平滑的关系曲线，这样可以消除一部分测验误差。若不经过分析而顺着测点连线，则否认测验存在的误差。一般从三条曲线点群中找出两条最容易成线的点群绘制曲线，而后根据绘制的两条曲线的关系，推算出不易成线的那条曲线。当流量曲线绘制完成后还要进行曲线间的校核与修正，三条曲线应相互对照，使在曲线上查读的各级水位的流量，应等于相应的面积与流速的乘积，其偏差不应超过±2%～3%。若超过此范围则应进行曲线间的修正，直到满足精度要求为止。

2 绘线工作中应注意的问题

在渠系流量关系曲线绘制过程中，还需掌握一些关键事项来进一步提高定线精度，如：通过实测结果计算曲线比率来选取合适的定线比例；通过实测资料找到断流水位，用于确定曲线起点的准确位置；通过历年或全年流量测验资料来确定高低水延长部分。另外，通过对突出点进行检查分析，不仅认识该测站断面的水力特性，而且也提高了测点的精准度。

2.1 曲线比率的取值

计算曲线比率是曲线绘制中选取比例的一种方法，在实际工作中若比例选择的不合理则出现曲线较陡或较缓的情况，这样会影响流量的查读精度。通过计算确定合适的曲线比率来绘制流量曲线，可较好的提高绘线效率，同时也可提高流量精度。在米格纸上确定每格所对应的水位与流量、面积、流速值时，可根据实测点相应的最大和最小值进行计算。

（1）水位与流量(H～Q)，通常取1∶1的关系，可根据以下公式计算曲线比率：

KQ等于水位1cm时所对应的流量。即假如米格纸上纵坐标每格对应水位 2cm，则横坐标上每格流量等于 2KQ。

（2）水位与面积(H～A)，通常取1∶2的关系。可根据以下公式计算曲线比率：

在实际计算时水位 1cm对应的面积等于 2KA，即假如米格纸上纵坐标每格对应水位 2cm，则横坐标上每格面积等于4KA。

（3）水位与流速(H～V)，通常取1∶3～1∶5的关系。可根据以下公式计算曲线比率：

即实际计算时水位 1cm对应的流速等于 3～5KV。假如米格纸上纵坐标每格对应水位2cm，则横坐标上每格流速等于6～10KV。

2.2 断流水位的取值

在渠系断面定线过程中还要体现出断流水位，断流水位也就是断面流量为零时所对应的水位，断流水位确定是否合理，将直接影响到所定流量曲线低水部分的精度。

2.2.1 稳定断面断流水位的取值

通常稳定断面以零点为断流水位，但在实际工作中，有些稳定断面也会因渠底冲涮磨损或断面改建出现正负几厘米为断流水位的情况。通过统计实测流量资料计算出稳定断面的断流水位，稳定断面断流水位的数值为每个实测点的水位与平均水深的差值。当差值为零时说明其断流水位为零点；当差值为正值时说明断流水位在零点以上，并向上移动其相应数值；当差值为负数时说明断流水位在零点以下，并向下移动其相应数值。

2.2.2 冲淤断面断流水位的取值

冲淤断面的断流水位是冲刷或淤积相对稳定时期流量为零时所对应的水位，断流水位的多少根据不同时期的冲淤深度情况而确定，在冲淤断面临时曲线法定线中，每个断流水位的取值方法都相同。

首先将所有实测点的水位与平均水深的差值进行统计分析，就会发现在同一冲淤断面上实测点差值的数据相等或相近，则断流水位为这些相等或相近数据的平均值，然后可根据所确定的断流水位与这些实测点绘制出这段时期内的流量关系曲线。

当断流水位为零时所绘的曲线为不冲不淤时期的标准线；当断流水位为正值时断面处于淤积时期，且断流水位在零点以上；反之，断流水位在零点以下处于冲刷时期。一般在实际工作中绘制临时曲线最多不能超过七条。

2.3 流量关系曲线延长线要适合

在测站因某种原因未能测得最大或最小流量时，为推求全年完整流量过程，必须对水位流量关系曲线高水或低水作适当延长。一般情况，高水部分延长不应超过当年实测流量所占水位变幅的30%；低水部分延长不超过10%。

2.3.1 高水延长

高水延长可影响到全年最大流量数值，若断面位置基本稳定，基本水尺未变动，则可参照历年水位流量关系曲线作高水延长。断面的最高水位根据全年最高水位或历年最高水位确定，如果还不能确定可根据所给测流成果数据，最少大于实测最高水位一个水位级（5cm或10cm）确定最高水位。

（1）稳定断面高水延长。

稳定断面水位面积、水位流速关系点子常较集中,曲线趋向明显,可根据水位面积、水位流速关系曲线来延长水位流量关系曲线，延长高水曲线可采用以下方法：延长时可参考渠道水力因素推求近似面积值，顺趋势延长水位面积关系曲线。高水时的水位流速曲线，常趋近于与纵轴接近平行的直线。根据这种特性，可顺实测的水位流速关系曲线趋势向上延长。以延长部分的各级水位的流速乘以相对应的面积得到对应流量，据此便可绘出延长部分的水位流量关系曲线。

（2）冲淤断面高水延长。

冲淤断面可参照历年水位流量关系曲线作高水延长。各年的水位流量关系曲线的高水部分常接近平行，可根据此特性进行高水延长。延长时,将历年的水位流量关系曲线绘在一起，然后根据历年曲线趋势，参考本年断面冲淤、比降和流速变化的情况，向上延长。对于绘制主线，则可以从该组流量实测资料中找出最高测得水位，再提高一个水位级即可。

2.3.2 低水延长

低水部分水量虽小,但是若延长不当,则产生的相对误差可能较大,且影响历时也较长。低水延长一般可采用水位面积、水位流速关系曲线法进行, 低水水位流速曲线为向上凹的曲线，据此特性可顺势向下延长，用延长部分的各级水位的流速与面积相乘得相应流量来绘出低水延长部分的水位流量关系曲线，同时，以断流水位作为低水延长的控制点，将水位流量关系曲线向下延长至需要的水位处。

2.4 突出点的检查分析

对突出点的分析，就是对流量关系点子分布中比较突出、反常的测点进行认真分析查找原因。这也是决定水位流量关系曲线精度和认识测站特性的重要步骤之一。突出点主要从断面水深与面积测量、水位观测、流速紊流时的影响等方面来考虑；如若是水力因素变化或特殊水情所致，应作可靠资料使用；如属于测验或计算方面的错误，则应予改正，无法改正的可以舍弃。但除计算错误外，都要说明改正的根据或舍弃的原因，暂时检查不出产生突出点的原因，可作为可疑资料，有待继续调查研究分析，并予适当处理和说明。

3 流量曲线的精度检验

当渠系断面流量关系“三线”绘制完成后，对其成果精度是否满足还需检验。稳定断面的水位流量关系曲线、冲淤断面临时曲线法的主要曲线，均应计算关系点对关系线的标准差和随机不确定度，以确定所定曲线的精度。当测点达到十个以上的，均应做符号检验、适线检验和偏离检验。当三种检验结果接受原假设时，应认为定线正确；若三种检验有一种结果拒绝原假设时，则应分析原因，对原定线适当修改后重作检验。

综上所述，在渠系断面流量关系曲线的绘制过程中，影响断面水位流量关系曲线绘制的因素很多，因此在定线过程中,应掌握科学合理的定线方法，加强理论分析，综合考虑各方面的影响因素，减少误差，提高定线精度，以解决基层水管技术工作者在实际工作中水位流量关系曲线绘制较难、曲线精度较低的问题。

[1]丁致炜,黄爱海,张恒伯,等.水文资料整编[M].北京∶水利电力出版社,1979年11月∶11-40

[2]刘金良.减少流量整编误差的方法分析.[DB/OL]http∶//www.xueshuqikan.cn/view.php？tid=91407&cid=310,2010-08-09 /2012-02-20