水文信息技术5(1)

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流量数据处理主要包括定线和推流两个环节。 定线是指建立流量与某种或两种以上实测水文 要素间关系的工作 推流则是根据已建立的水位或其它水文要素与 流量的关系来推求流量。
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第二节 河道流量数据处理
一、河道流量数据处理的工作内容
编制实测流量成果表和实测大断面成果表; 绘制水位流量、水位面积、水位流速关系曲线; 水位流量关系曲线分析和检验; 数据整理; 整编逐日平均流量表及洪水水文要素摘录表; 绘制逐时或逐日平均流量过程线; 单站合理性检查; 编制河道流量资料整编说明表。
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三、稳定的水位流量关系曲线的确定 (二)单一曲线解析法
单一曲线法推流,应结合测站特性,应用插值法或 通过选用下列适当的数学模型来拟合水位流量关系曲线, 然后用水位推算流量。
1、指数方程 Q=CZen 或 lnQ=lnC+nlnZe
Q—流量 Ze—水位Z与一常数Z0(断流水位)之差,即Ze=Z-Z0 C、n—待定系数、指数,为常数。
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三、稳定的水位流量关系曲线的确定 (二)单一曲线解析法
2、对数函数方程
Y=b0+b1X+b2X2+…+bmXm Y=lnQ X=lnZe
b0、b1、b2、…、bm—待定系数。 3、多项式方程
Q=a0+a1Ze+a2Ze2+…+amZem a0、a1、a2、…、am—待定系数。 4、幂指数方程
第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (二)不稳定的水位流量关系
在天然河道里,测流断面各项水力因素的 变化对水位流量关系的影响不能相互补偿, 是位流量关系难以保持稳定。因此,同一水 位不同时期断面通过的流量不是一个定值, 点绘出的水位流量关系曲线,其点据分布比 较散乱.
一般说来,天然河道的水位流量关系是不 稳定的,其原因是:
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第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (一)稳定的水位流量关系
作图时,以同一水位为 纵坐标,自左至右,依此以 流量、面积、流速为横坐标 点绘于坐标纸上,选定适当 比例尺,使水位流量、水位 面积、水位流速关系曲线分 别与横坐标大致成450、 600、600的交角,并使三 曲线互不相交。推流时,在 稳定的水位流量关系曲线上, 由已知的水位过程便可求得 相应的流量水文过信息技程术5。(1)
流量数据处理就是对原始流量资料按科学方法 和统一的技术标准与格式进行整理、分析、统计、 审查、汇编和刊印的全部工作,以便得到具有足够 精度的、系统的、连续的流量资料。
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第二节 河道流量数据处理
流量数据处理的方法很多,归纳起来大体可分为两类: 即基本方法和辅助方法。
基本方法以水位流量关系曲线法应用最广,它是通过 实测资料建立水位与流量之间的关系曲线,用水位变化过 程来推求流量变化过程。
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第二节 河道流量数据处理 二、水位流量关系分析
一个测站的水位流量关系,是指测站基本水尺 断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。
水位流量关系可分为稳定和不稳定两类,它们 的性质可以通过水位流量关系曲线分析得出。
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第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (一)稳定的水位流量关系
Q=c(Ze+α)β
c、α、β—待定系数、指数。
5、抛物线方程
Q=A0+A1Ze+A2Ze2 A0、A1、A2—待定系数。
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单一关系线的拟合
(二)正交函数法
在数学上,“正交”即垂直之意。n维矢量a、b正交的
条件是: Σaibi=0 若取3阶对数函数方程,则有
Y=b0+b1X+b2X2+b3X3 Y=lnQ X=lnZe
水文信息技术-5(1)
2020/11/22
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第三章 水文信息数据处理
各种测站测得的水文信息原始数据,都要按科学的方法 和统一的格式整理、分析、统计,提炼成为系统、完整且 有一定精度的水文信息资料,供有关国民经济部门应用。 这个水文信息数据的加工、处理过程,称为水文信息数据 处理。
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计算题
某河某站7月5日~7日 水位变化过程如图所示, 试用面积包围法推求6 日的平均水位。
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计算题
按照下图资料计算断面 流量和断面平均流速。
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计算题
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第二节 河道流量数据处理
实测流量资料是一种不连续的原始水文资料, 一般不能满足国民经济各部门对流量资料的要求。
稳定的水位流量关系是指同一水位只有一个相应流量, 其关系呈单一的曲线,并应满足水力学中的曼宁公式:
Q=A
Q-流量;A-断面面积;-断面平均流速;n-河床糙率; R—水力半径,通常用平均水深d代替;s—水面比降。
上式表明,要使水位流量关系保持稳定,必须在同一水
位下,断面面积A、水力半径R、河床糙率n和水面比降s
辅助方法是在难于建立水位流量关系时,通过其它途
径来间接推求流量,如流量过程线法、上下游测站水文要
素相关法、降雨径流相关法等。一般说来,处理方法的选
择与测验河段的水力特性、测站控制条件及测验条件有关,
在满足控制精度的前提下应力求简单、合理,全年可视情
况分期选用不同的整编方法。
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第二节 河道流量数据处理
将上式通过变换,找到一组相互正交的变量X的函数,
对3阶曲线而言,便有
P0=1 P1=(X-α1)P0=X-α1 P2=(X–α2)P1-β1P0 P3=(X–α3)P2–β2P1
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单一关系线的拟合
可以证明,式中∑P0P1、∑P0P2、∑P1P2、∑P0P3、 ∑P1P3、∑P2P3各项均为零,即对P0、P1、P2、P3之间, 任意两函数都相互正交。于是,可以将式用正交函数表示 为
若冲淤时段有规律,水位流量关系能保持稳定状态,则 可分别确定不同时段的水位流量关系曲线,从各自相应时 段的水位流量关系曲线上,由水位推求相水文应信息的技术5流(1) 量。
第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (二)不稳定的水位流量关系 2、洪水涨落影响
受洪水涨落影响的水位流量关系,受洪水涨落影响时, 由于洪水波产生附加比降的影响,使洪水过程的流速与同 水位下稳定流相比,涨水时流速增大,流量也增大;落水 时,则相反。即涨水点偏右,落水点偏左,峰、谷点居中 间,一次洪水过程的水位流量关系曲线依时序形成一条逆 时针方向的绳套曲线。
用正交函数选配曲线的突出优点是可以进行 “递推”计算。对于水位流量关系曲线来说,可以 先从X-Y的一阶直线(Y=a0+a1P)开始,如不满 意,可配二阶曲线(Y=a0+a1P+a2P2),如仍不 满意,再选配三阶至更高阶曲线,直至满意为止。 实际上,一般用到三阶即可满足要求。
对于测站控制良好,各级水位流量关系都保持 稳定的测站,定线精度符合规范要求,可采用单一 曲线法定线推流。在实际应用中,单一曲线法有图 解法和解析法两种型式。
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第二节 河道流量数据处理
三、稳定的水位流量关系曲线的确定 (一)单一曲线图解法
①将各次测流时的实测水位、过水断面面积、断面平均 流速和流量成果进行审查,并列出实测水位、面积、流速 和流量成果表。
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第二节 河道流量数据处理
三、稳定的水位流量关系曲线的确定 (二)单一曲线解析法
解析法就是用数学模型来拟合曲线,常用的数学模型有 以下几种:
1、指数方程 Q=C Zen InQ=lnC+ nInZe
2、对数函数方程 Y= b0+ b1X+ b2X2+……+ bmXm Y= InQ X= nZe
3、多项式方程 Q= a0+ a1Ze+ a2Ze2 +…….+ amZem
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三、稳定的水位流量关系曲线的确定 (二)单一曲线解析法
对于稳定的水位流量关系,其基本关系线为单 一关系线,人工整编一般是通过实测关系点的点群 中心,用适线法定出关系曲线;用计算机整编时, 一般用一定的数学方程(公式)或称数学模型对实 测关系点进行拟合(模拟)。
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第二节 河道流量数据处理
三、稳定的水位流量关系曲线的确定 (一)单一曲线图解法
②③根检据查水 水位 位、 流面 量积关、系流图速。和所流绘量的成三果条表 关, 系以 曲水 线位 ,为 应纵 互坐 相 标对,照横,坐使标在用 曲三 线种 上比查例读尺的分各别级代水表位面的积流、量平,均 应流 等速 于和 面流 积量 和, 将流速水的位乘面积积,、即水Q位≈流A速V,和其水偏位差流应量不相超应过数2据%点-3绘%在。坐标纸 上,通过点群中心分别绘出相应的三条平滑的关系曲线。
Y=a0+a1P+a2P2+a3P3 式中参数a0、a1、a2、a3分别为
实际应用中,可将测点按水位Z从低到高排列,在最低 水位与河底之间选择断流水位Z0值,计算X、Y,计算P0、 P1、P2、P3诸值,并计算参数a0、a1、a2、a3,代入方程 式,即可求得选配方程的具体表达式。
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等因素均保持不变,或者各因素虽有变化,但对流量的影
响能互相补偿。
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第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (一)稳定的水位流量关系
在测站控制良好、河 床稳定的情况下,该测 站的水位流量可以保持 稳定的单一关系,点绘 出的水位流量关系曲线, 其点据比较密集,分布 成一带状,没有系统的 偏差。
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第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (二)不稳定的水位流量关系 1、河槽冲淤影响
受冲淤影响的水位流量关系,由于同一水位的断面面积 增大或减小,使水位流量关系受到断面冲淤变化的影响。 当河槽受冲时,断面面积增大,同一水位的流量变大;当 河槽淤积时,断面面积减小,同一水位的流量变小。
1、算术平均法 如一日内水位变化平缓,或变化虽较大,但观 测wk.baidu.com摘录时距相等时,可采用算术平均法,公式为
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第一节 测站考证和水位数据处理
(二)日平均水位的计算 2、面积包围法
如一日内水位变化较大且为不等时距观测或摘录时,应 采用面积包围法。面积包围法又称梯形面积法,它是将本 日0-24时内的水位过程线所包围的面积,除以一日时间 (即24小时)而得,计算公式为
在受变动回水影响下,可以比降为参数确定出一组水位 流量关系曲线,以备由水位推求流量时使用。
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第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (二)不稳定的水位流量关系
4、水生植物影响 受水生植物影响的水位流量关系,在水生植物生长期,
过水面积减小,糙率增大,水位流量关系点据逐渐左移; 在水生植物衰枯期,水位流量关系点据则逐渐右移。
水文信息数据处理的工作内容包括:收集校核原始数据, 编制实测成果表,确定关系曲线,推求逐时、逐日值,编 制逐日表及水文信息要素摘录表,合理性检查,编制整编 说明书。
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第一节 测站考证和水位数据处理 (二)日平均水位的计算
由各次观测或从自记水位资料上摘录的瞬时水 位值Zi (i=1,2,3,…,n)计算日平均水位 Zdm的方法有算术平均法和面积包围法两种。
5、结冰影响 受结冰影响的水位流量关系,水位流量关系点据的分布,
总的趋势是偏在畅流期水位流量关系曲线的左边。 上述影响因素往往是同时存在,称为受混合因素影响的水 位流量关系。在混合因素的影响下,随着起主导作用的某 种主要因素的变化,其水位流量关系点据亦随之变化。
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第二节 河道流量数据处理 三、稳定的水位流量关系曲线的确定
受洪水涨落影响的水位流量关系可按涨落过程定线,然 后由水位推求流量。
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第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 (二)不稳定的水位流量关系
3、变动回水影响 受变动回水影响的水位流量关系,由于受下游干支流涨
水,或下游闸门关闭等影响,引起回水顶托,致使水位抬 高,水面比降变小,与不受回水顶托影响比较,同水位下 的流量变小。回水顶托愈严重,水面比降变得愈小,同水 位的流量较稳定流时减少得愈多。所以,受变动回水影响 的水位流量关系点据偏向稳定的水位流量关系曲线的左边。
单一关系线的拟合
如果正交函数为m阶,即
Y=a0+a1P+a2P2+a3P3+…+amPm
正交函数Pi(i=0…m)可用下面的通式确定:
P0=1
P1=X-α1
Pi=(X–αi)Pi-1–βi-1Pi-2
而参数ai(i=0、1、2、3、…、m)可用下面的通式确定:
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单一关系线的拟合
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