呼兰河法在冰期水文资料整编中的应用

乔万亮

（黑龙江省绥化水文局秦家水文站，黑龙江 绥化 152050）

呼兰河法在冰期水文资料整编中的应用

乔万亮

（黑龙江省绥化水文局秦家水文站，黑龙江 绥化 152050）

呼兰河法是笔者新创建的一种冰期水文资料整编方法，文中以呼兰河秦家（二）站为例，简要分析整编模型的构建及方法步骤，并进行了成果分析比较，目的是探究这些要素间关系的特点和变化规律。

冰期；呼兰河法；水文资料整编

在高寒地区，河流有较长的冰期，水文资料整编通常采用实测流量过程线法和K值过程线法2种。这要求具有足够多的流量测次，控制其流量的变化过程。事实上，因为过程线变化复杂，波动性大，不像相关线那样规律性强，所以控制流量变化过程很难，尤其是峰、谷的延长。为此，需要寻找相关法整编。

1 影响流量最直接最敏感的要素

一般地，河流冰期按稳定性大体划分为初冰、秋季流冰、封冻和春季流冰几个时期。不同时期影响要素不同，如初冰期与畅流期没什么大差别；流冰期受流冰影响，较畅流期同水位下流量偏小。这两个时期主要影响流量的要素仍然是水位。封冻期主要影响流量的要素还是水位，但水浸冰厚随着气温的变化而突显出来，也成为主要影响要素之一。河流本身水流主要反映在水位上；环境影响主要是气温，这又集中表现在水浸冰厚要素；河床边界条件反映河段及断面组成成分及其形状上。因此，就某一河流的某一河段或断面具体条件而言，影响该断面流量最直接最敏感的是水位和水浸冰厚两要素。也就是说，当水位发生变化就会引起相应的流量随之变化，当水浸冰厚发生变化也会引起流量的相应的变化。

2 构建模型

由以上影响流量最直接最敏感的两要素可知：一般地，当其他条件不变时，水位增高或降低，流量随之增大或减小；同样，当其他条件不变时，水浸冰厚增大或减小，流量也随之减小或增大。所以给出以下函数公式：

Q=f（Z－h） （1）

式中：Q——流量，m3/s；Z——水位 （或称自由 水位），m；h——断面平均水浸冰厚，m。

Q 与 Z－h 的变化关系：当增大时，增大；当（Z－h） 减小时，Q 减小。这说明函数大体上是正比关系。这里令：

Zy=Z-h （2）

式中：Zy 被定义为断面平均有效水位（此文所涉及的该名词均简称为“有效水位”），它等于相应水位（指的是自由水位）与断面平均水浸冰厚的差。

由式（1），（2）合并，则

Q=f（Zy） （3）

这个函数与畅流期水位流量关系相似，故而将该方法称作冰期有效水位流量关系曲线法；或称为冰期三关线整编方法；若整个冰期并非单一线，而各时段呈单一线，也可以称作冰期临时曲线法。笔者通过呼兰河某站水文资料首先发现这一冰期水文基本规律，为此，同时也把应用这一规律的水文资料整编方法称作呼兰河法。

3 整编方法步骤

收集一个完整冰期过程的原始实测流量记载计算成果和实测流量成果表，冰情、水浸冰厚，瞬时水位等水文资料。通过断面水浸冰厚资料点绘过程线，推求对应逐日的断面平均水浸冰厚值。

计算相应瞬时水位各个时间点上的有效水位。计算冰期每次实测流量相应的断面平均水浸冰厚和有效水位。

绘制冰期三关线，即绘制有效水位与断面流量、断面面积及断面平均流速关系线。按畅流期三关线定线标准要求，做好绞线、三检、标准差和随机不确定度的计算。

推流，计算整个冰期逐日平均流量和整个冰期的径流总量

4 实例

4.1 测站概况

秦家（二）站位于呼兰河中游，断面至河口距离为 250 km，呼兰河是松花江左岸一级支流，河长 515 km，中、下游是属平原性河流。秦家站主槽冬季一般有效水面宽为 100 m 左右，集水面积9 842 km2。

通过数据计算，绘制有效水位与流量、面积、流速三关线，见图 1。

图1 有效水位~流量关系曲线图

4.2 关系线特点及成因分析

有效水位～流量关系线特点：冰期的初期和后期流量明显处于偏右，而中期表现偏左，这是因为畅流期与冰期过渡阶段，因而流量偏大：而中期这时水浸冰厚处于最大时段，所以流量偏小。其中 12月 15日实测流量偏大的原因是水位明显上涨导致的结果。

有效水位～面积关系线特点：断面位置不同，12 月 15 日实测流量前是一个断面，之后又是另一个断面，大体上是两个。

有效水位～流速关系线特点：开始进入冰期时流速很大，但接着流速急剧减小，而中、后期流速逐渐增大。开始是与畅流期一样的原因，接着减小原因是由于冰的初期冰底不平阻力增大致使流速迅速减小，随着冰厚加大冰底平缓阻力减小，另外断面面积逐渐减小，进而促使流速增大。

5 成果比较

5.1 综合过程线

全图包括水位、有效水位、流量过程线，见图2。可以看出，当两端流量增大时，与水位或有效水位的相应变化，而冰期中间部分，由于流量较小，只要通过局部放大就能看清有效水位与所推得的流量变化的相应关系，说明流量与有效水位变化十分吻合。

图2 水位、有效水位、流量过程线图

5.2 比 较

与该站冰期K值过程线法计算的成果（正式成果）比较：冰期时间 2011 年 11 月 13 日至 2012年 4 月 19 日，计算的径流量为 0.811 3×104m3，而正式成果值为 0.843 6×104m3，占正式成果值误差为-3.8%。逐日流量比较：2011 年 12 月 6 日平均流量偏小误差为-51.0%，2012 年 4 月 13 日平均流量偏大误差达 122%。由于两实测点之间的局部地带控制出现了偏颇。因此，是 K 值过程线法本身缺陷造成局部个别地方误差很突出的根本原因。

6 结语

通过秦家水文站冰期水文资料定线研究，与畅流期相比，虽然冰期受到天气气温等环境因素的影响，但是这些因素也都体现在结冰上。就某河段或断面来说，主要集中反映在断面平均水浸冰厚这一水文要素上。通过建立有效水位流量关系曲线，根据资料分析，要素间的理论函数定量关系是存在的，初步判断这是水文的一个基本规律。

呼兰河法正是根据这一基本规律建立起来的一种冰期水文资料整编新方法。因为冰期断面平均水浸冰厚变化是缓慢的，通过实测流量测得的水浸冰厚数据就完全可以控制其变化过程，所以说有效水位是稳定的，完全可以控制。这充分证明有效水位流量关系曲线具有稳定性，且能够合理地进行峰谷和高低水延长。

该方法优于现行的连实测流量过程线和K值过程线方法，因为这两种过程线法不可能完全控制流量过程变化，且峰谷和高低水延长存在缺陷。通过比较：反映在所推流量误差有的地方非常大，这是因为过程线法对水位和水浸冰厚局部发生变化控制上的脱节造成的，而本文提出的方法就无这种现象发生，并且严格按照有效水位的变化而变化的。

冰期水文资料整编实现了像畅流期一样的方法标准，进而使得整编成果质量达到相同精度，也就是说，畅流期和冰期水文资料整编方法和质量达到了高度统一。除在水文资料整编中应用外，对在水情预报、拍发流量电报等方面，都有着误差小、质量高的特点和操作上简便易行的强大优势。

［1］水利部长江水利委员会水文局.水文资料整编规范［S］.北京：水利水电出版社，2000.

P333

A

1002－0624（2014）07－0047－03

2013-07-02