永翠河带岭站冰期流量整编方法分析

2012-10-24田京楠田长涛

黑龙江水利科技 2012年1期

田京楠，孙侃，田长涛

( 伊春水文局，黑龙江伊春153000)

0 前言

冰期流量不仅受结冰期地表径流和地下径流的影响，同时还受气温、水温、地温以及河道内冰凌体的影响，所以变化比较复杂，特别在山区中小河流更为明显。受这些因素的综合影响，河流冰期流量测验和资料整编工作相对于畅流期都要增添许多难度。根据冰期水位、流量、冰情、气温等要素的变化特点，冰期可分为5个阶段: 即秋季流冰期、封冻初期、稳定封冻期、封冻末期及春季流冰期。除稳定封冻期外，其他4个阶段都存在着明显的流量日变化过程，而且日变化过程受气温等因素的影响存在着明显变化规律。在流量资料整编方面，因为首先要保证定线推流的精度，如果单纯要求流量测次足够多，则会导致测验工作所花费的人、财、物力的大幅度增加。因此为了既要保证冰期流量测验精度，满足资料整编需要，又要尽可能减少工作成本，有必要分析探索冰期流量资料整编的适用方法。本文选择永翠河带岭站多年冰期流量实测数据来进行最佳流量资料整编方法分析。

1 冰期水位～流量关系特点及资料整编方法简介

在河道结冰期间，水流有效过水面积减小，磨阻增大，水位～流量关系点子分布与畅流期相比比较散乱，如果没有特殊冰情( 冰坝、冰塞) 影响，流量主要随水位而变化，总的趋势是偏向畅流期曲线的左侧，见图1。即同水位下冰期流量偏小。这一时期的冰期流量推求方法一般常用改正系数法。改正系数法是指用畅流期曲线作为标准曲线，用同水位下的冰期流量与畅流期流量相比而得出改正系数，用各时刻的改正系数去乘相应畅流期流量即可得出冰期对应时间的冰期流量。改正系数公式为

当冰期流量经常受冰塞、冰坝等特殊冰情影响时，水位会出现非正常上涨，形成回水顶托现象，此时河道水位与流量的对应关系因受多种不稳定因素影响会失真而发生紊乱。冰期流量有时受气温影响也比较明显，当气温在日内波动较大时，会引起的较复杂的冰情变化，从而改变过水断面的冰情环境而影响流量的变化，上述情况下一般采用连时序法或连实测流量过程线法，见图2、3，来推求冰期流量，这两种方法都要求流量测次较多，而且工作成本较高，但流量推求方法简单，都是直接在过程线上查读冰期流量。

图1 正常情况下冰期与畅流期水位～流量关系曲线对比图

图2 冰期连实测流量过程线图

图3 连时序法水位～流量关系曲线图

2 永翠河带岭站冰期流量整编方法分析

2.1 测站断面冰情特征简介

带岭站位于黑龙江省伊春市带岭区，为永翠河出口控制站，属国家二类精度站，集水面积为677 km2，断面以上河长61 km，至河口距离为5.7 km，流域多年平均气温为1.0℃。冰期最低气温为1月，多年均值为－22.9℃，流域冰期最大日温差变幅为9℃。经历年实测冰情资料统计( 1981—2010年) ，流域冰期冰情变化规律较稳定，主要冰情现象有岸冰、流冰、冰上流水、岸边融冰、封冻等，无冰塞、冰坝等特殊冰情现象发生。河流结冰日期在10月下旬，封冻时间为11月中旬，解冻时间在4月下旬，终冰( 畅流) 时间为5月上旬，河流处于冰期时间长度约200 d，其中封冻天数约150 d。

2.2 冰期流量资料不同整编方法成果对比分析

目前，连实测流量过程线法是冰期流量资料整编工作中公认的推流精度最高且适合于冰期各种冰情状况的方法，但该方法要求测流次数较多，工作成本较高，一般不作为最优选择。本文选用带岭站近年来10个年份的实测冰期流量资料，采用上述3 种冰期流量整编方法进行成果对比分析，以推流精度较高的连实测流量过程线法整编成果为标准对其余两种方法进行精度检验，分析检验过程见表1。《水文资料整编规范》规定，在进行流量资料不同整编方法结果精度分析时，若与标准方法所对比分析的流量绝对误差＜3%，则可采用新方法进行流量资料整编。由分析结果可知，系列样本中采用连时序法整编流量成果的合格年份有7个，流量测次数平均减少17%，而改正系数法的合格年份有9个，流量测次数平均减少40%。从结果精度检验和节省流量测验工作量角度来看，改正系数法比较适合该站冰期流量资料整编。

3 结语

目前在实际工作中，一些测站冰期常年单一采用连实测流量过程线法来进行流量资料整编，主要原因在于该方法使用环境的约束条件宽松，不必考虑冰情环境的具体变化，资料整编推流过程也比较简单。连实测流量过程线法和连时序法虽然都属于简便易懂的冰期流量推求方法，但其最适合于冰期流量受多种无规律复杂因素影响时来使用，而且这两种方法都要求流量测次较多，工作成本较高，不适合长期使用。改正系数法所需流量测次相对较少，只要流量测次能控制水位变化过程且水位无异常变化时，就能够满足推求冰期流量的整编精度要求。在山区小面积流域站，一般冰期水位不受特殊冰情影响而产生异常变化，其水位与流量存在较稳定的对应关系，因此带岭站适合采用改正系数法来推求冰期流量，在极个别情况下出现影响水位正常变化过程的特殊冰情时，可短时间内采用连实测流量过程线法，只有这样才能在保证流量资料整编精度的前提下，以最小的工作成本来实现准确推求冰期流量的目的。