冰期绳套曲线的探讨——以汤旺河晨明站为例

卢 洋，郑立辉，王凯毓

(黑龙江省伊春水文水资源中心，伊春 153000)

1 问题提出

天然河流，畅流期一般多采用水位流量关系单一曲线法或多条临时曲线并主要分别以连时序绳套形式进行过渡的曲线法(以下简称：绳套曲线法)推算流量，而冰期则通常采用流量过程线法或K值过程线法。

相关法与两种过程线法比较：他们适用的条件存在差异，譬如过程线上的峰、谷处缺少控制点，插补很困难或无法插补，而绳套曲线可按曲线趋势或参照邻近曲线趋势等进行延长，具有可靠参照依据。

寻找冰期相关法推流，文章就是以此为课题开展的初步研究与尝试。

2 相关原理

天然河道畅流期的水位流量相关曲线，一般有单一曲线、临时曲线及其绳套曲线等。因为冰期流量与水位关系紊乱,所以就说二者完全没有关系,那也是不完全正确的，处在某些局部地方表现二者还是有相关关系。在整个冰期，随着水浸冰厚逐渐加厚，流量逐渐减小。当水浸冰厚达到最厚时，流量随之达到最小。而后随着温度回升水浸冰厚逐渐变薄，这时流量随之增大。

根据冰期流量及一些相关要素的关系特点，给出其模型数学函数表达式如下:

Q=f(Zy)

(1)

式中：Q为断面流量，m3/s；Zy为有效水位，m。

这里的有效水位是指水位与相应断面平均水浸冰厚之差，即

Zy=Z-di

(2)

式中：Z为相应水位或水位，m；di为相应断面平均水浸冰厚或断面平均水浸冰厚，m。

式(2)既是计算相应有效水位，也可计算瞬时有效水位。式(1)就是代表用来建立有效水位与流量相关关系曲线函数式，依此模型就可以进行定线推流，进一步求得推算河川径流量[1]。

3 实 例

晨明站2018年11月至2019年4月一个完整冰期资料，包括水位、流量、冰情和冰厚观测资料。该站处在汤旺河下游，亦属山区性河流，一年中有半年多为冰期，冬天气温最低达零下30多℃，一般年份冰厚在1m左右。

3.1 水浸冰厚计算

根据晨明站实测流量的断面水浸冰厚测量数据分析，并参照固定点冰厚数据，可以看出断面平均水浸冰厚代表性很好，基本能够代表测验河段平均水浸冰厚变化规律。只是现在普遍存在冰期两端附近存在无实测水浸冰厚资料，这部分只能按冰情现象发展进行趋势延长。一般来讲，初冰期呈渐变，解冻处为突变，根据具体实际情况，突变以终冰或其他冰情等为零点作控制信息趋势进行处理，见图1。

点绘实测断面平均水浸冰厚点，然后连成一条平滑的水浸冰厚过程线。通过该线查得整个冰期逐日水浸冰厚值，因为水浸冰厚日变幅不大，只要求出逐日量就可以满足下一步进行计算有效水位。

3.2 有效水位计算

根据逐日水浸冰厚值和观测的各时段水位资料，利用公式(2)就可以计算各时段有效水位。对应实测流量的相应有效水位计算是利用公式(2)代入相应水位和相应断面平均水浸冰厚值就可获得，见图1。

图1 有效水位及综合过程线图

3.3 建立三关线

由实测断面流量、断面面积、断面流速与相应有效水位建立关系，通过各时段有效水位的涨落变化就可以定出有效水位-流量、面积、流速相关曲线，见图2[2-5]。

图2 有效水位—流量、面积、流速关系曲线图

4 特点分析

通过此次定线推流与原K值过程线法流量成果进行比较可以看到：一是在稳定封冻期，二者推得的流量差别不大；而在冰期两端附近处水位变化剧烈的地方推得的流量出入很大或太大。流量测次配备在峰、谷处实测控制点不够，这样不足以控制水势的变化。实测点控制好，二者相差就小；实测点控制不好，二者相差就大。因此，在实测点子一定的条件下，有效水位-流量关系绳套曲线法应该是最有效的。

5 结 论

冰期有效水位-流量关系绳套曲线法，最关键的是加入了断面平均水浸冰厚这一水文要素。断面平均水浸冰厚过程线是一条逐渐缓慢变化的上凹曲线，只是在解冻后出现突然减小或出现水浸冰厚为零的现象，整个冰期这条曲线只要用几个控制点就能容易测得到，加之水位是可完全测得到的，因此，有效水位就可完全精准地确定下来。

此方法要求流量测次适当，就可以获得满足条件，并且推流精度高效果好。