第六章 水位、流量資料整編,水位流量關(guān)系曲線的高低水延長 水文站的基本任務(wù)就是測定所在河段的水位和流 量，為生產(chǎn)建設(shè)提供連續(xù)、完整的水文資料。因此，在 安排流量測次時，應(yīng)保證能控制整個水位變化內(nèi)的流量 變化過程。但是在某些困難條件下 ，由于測驗條件的 限制或某些不可抗御的自然因素，往往出現(xiàn)漏測或缺測 。如高水時因洪水漲落過快。歷時較短，水情險惡，漂 浮物多。或受地震、雷擊等影響，使測驗工作難以實施 ；低水時因受測驗條件或儀器性能的制約，也可能缺測 枯水流量。在此情況下，就需要將水位流量關(guān)系曲線向 高、低水部分延長。,另一方面，在水利水電工程規(guī)劃設(shè)計中，關(guān)系曲線的延 長和流量插補常用于推求歷史洪水洪峰，它們對推求設(shè) 計洪峰流量或設(shè)計洪水總量影響很大。關(guān)系曲線的延長 和流量插補還常用于推求歷史枯水，枯水期雖流量不大 ，但因歷時較長，對確定電站的裝機容量或渠道的灌溉 引水量等都有直接影響。因此，對于延長或插補工作都 應(yīng)十分慎重，一般要求高水外延幅度不超過當年實測水 位變幅的30， 低水外延不超過10。 一、水位流量關(guān)系曲線的高水延長 高水延長的主要依據(jù)實測大斷面資料。在斷面無 嚴重沖淤變化時，一般可用水位面積、水位流速關(guān)系 曲線法，水力學公式法等延長。若歷年水位流量關(guān)系 較穩(wěn)定時，可參考鄰近年份的曲線趨勢延長。有歷史,洪水調(diào)查資料時，也可用作延長曲線的參考。如果斷面 變化劇烈，峰前峰后實測大斷面不能代表高水斷面、延 長困難時，則需借用上下游測站的高水實測流量資料來 延長。 （一）根據(jù)水位面積、水位流速關(guān)系作高低水延長 河床比較穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流邊關(guān)系點 子常較集中，曲線趨向明顯，可根據(jù)水位面積、水位流 速關(guān)系曲線來延長高低水位的水位流量關(guān)系曲線，高水 延長方法如下： 先根據(jù)最近文測的大斷面資料，繪制水位面積關(guān) 系曲線。 高水位的水位流速關(guān)系曲線通常趨近于直線，且,與縱軸接近平行。根據(jù)這種特性，順趨勢延長實測的水 位流速關(guān)系曲線。 將延長部分 的各級水位的流 速乘以相應(yīng)面積 即得流量，并定 出延長的水位流 量關(guān)系曲線。,（二）曼寧公式法延長 適用于斷面均勻穩(wěn)定，河道順直河底平坦的測站 。在延長水位流量關(guān)系時，曼寧公式中的水力半徑通 常用斷面平均水深 代替，只要分別求得運用于高水 的河床糙率 和水面比降 ，即可計算高水流速，并 據(jù)以作高水延長。 1.有比降資料 由實測資料代入曼寧公式反求糙率 再點繪 關(guān)系點，定出關(guān)系線，延長該線。由實 測高水位查 線。由大斷面資料計算 ，代入曼,寧公式求高水流速，據(jù)此可延長 。由大斷面資 料可計算高水面積，這樣就可延長 曲線了。 2.無比降資料 根據(jù)實測流量用曼寧公式計算 ，繪制 線。在河道順直，斷面均勻，坡度平緩的測站，高水部 分 接近于常數(shù)， 關(guān)系線在高水部分可順 趨勢延長。因 故，由高水水位通過大斷面可計算 ，查 可 得 也即得 求出 這樣就可延長 曲線 和 曲線了。,（三）用 曲線法延長 方法適用于斷面無明顯沖淤、水深不大，但水面 較寬的單式河槽，且高水糙率和比降變化不大的測站 ，由謝才公式 高水時 近似為常數(shù)，因此 這是一直線關(guān)系，容易定線，由實測資料繪制 。 線并延長，再根據(jù)實測大斷面資料計算并點繪 關(guān)系曲線，將該線順勢直線延長，,以高水位水位在 曲線上查出 值，然后用 此值在 曲線上查出相應(yīng)的Q值，根據(jù)對應(yīng)的(Z、Q)點，便可實現(xiàn)水位流量關(guān)系曲線的高水延長 ，如圖667所示。,二、水位流量關(guān)系曲線的低水延長 確定斷流水位，以斷流點作控制，按趨勢向下外 延 關(guān)系線。 （一）根據(jù)測站縱橫斷面圖確定,斷面,縱斷面圖,橫斷面圖,（二）分析法確定斷流水位 當無條件采用上述方法確定斷流水位時、只要斷 面整齊，在延長部分的水位變幅內(nèi)河寬無顯著變化，且 無分流、淺灘存在時，可以采用此法來確定斷流水位。 這時，假定關(guān)系曲線的低水部分可用以下方程式表示： 在水位流量關(guān)系曲線的中、低水彎曲部分，依次選取a、b、c三點，使三點流量滿足 因三點在曲線上，可知： 三點方程代入 可解出,斷流水位,流量資料的合理性檢查 整編成果的合理性檢查就是通過各種水文要素 的時空分布規(guī)律，進一步論證整編成果的合理性，并 從中發(fā)現(xiàn)整編成果中的問題，予以妥善處理，以保證 整編成果的質(zhì)量同時對未來測驗工作提出改進意見 或建議。具體檢查方法有單站檢查與綜合性檢查兩類 。 一、單站合理性檢查 （一）歷年水位流量關(guān)系曲線的對照 適用于測站控制好，歷年水位流量關(guān)系曲線為單 一線的測站。,（二）流量、水位過程線對照 各種情況均適用。 二、綜合性檢查 （一）上下游洪峰流量過程線及洪水總量對照檢查 檢查洪水沿河長演進時上下游流量過程是否相應(yīng) ，洪峰流量沿河長的變化規(guī)律及其時間是否相應(yīng)，在考 慮到區(qū)間來水與河槽調(diào)蓄作用等因素后，檢查一次洪水 的總量量是否基本平衡。 （二）上下游日平均流量過程線對照檢查 檢查上下游流量過程是否相應(yīng)。 （三）上下游月、年平均流量對照檢查 檢查上下游水量是否平衡。 （四）上下游月、年最大最小、流量對照檢查,檢查上下游數(shù)據(jù)有無矛盾。 （五）水庫水量平衡檢查 檢查水庫上、下游水量是否平衡。 流量資料統(tǒng)計和洪水水文要素摘錄 一、流量資料統(tǒng)計 內(nèi)容：日平均流量的計算，日平均流量表的編制。 （一）日平均流量的計算 1.用瞬時水位推求日平均流量 先用瞬時水位查水位流量關(guān)系，再計算日平均流量 （1）面積包圍法 適用于洪水期或水位不等時距觀測情況。,日平均流量計算的面積包圍法示意圖,算術(shù)平均法 適用于流量變化不大期間或水位等時距觀測情況。 2.日平均水位推求日平均流量 適用于一日內(nèi)流量變化不大的情況。 （二）逐日平均流量表的編制(見教材) 二、洪水水文要素摘錄 洪水水文要素摘錄就是把測站汛期內(nèi)的主要水文 要素（水位、流量、含沙量）資料及其變化完整的摘 錄，編入洪水水文要素摘錄表。編制的方法見表6-9。 （一）摘錄的原則和方法（見教材）,水位流量關(guān)系的檢驗及實測流量標準差的估算 一、水位流量關(guān)系的檢驗 目的:檢驗水位流量關(guān)系曲線是否合理，有無系統(tǒng) 偏離（系統(tǒng)誤差） 為正確繪制水位流量關(guān)系曲線，按照國際標推化組 織(ISO)1100-2的要求，應(yīng)進行三項檢驗，即：符號 檢驗、適線檢驗和偏離數(shù)值檢驗。 統(tǒng)計檢驗均是“假設(shè)檢驗”，即進行檢驗時先要作 一定的假設(shè)，并構(gòu)造一個統(tǒng)計量，通過實測資料來計 算該統(tǒng)計量，以檢驗該假設(shè)能否成立。 （一）符號檢驗,作用：檢驗曲線兩側(cè)點據(jù)分布是否均衡。 原理：假設(shè)所定曲線無系統(tǒng)誤差，則實測點據(jù)偏離 曲線是隨機誤差引起。由隨機誤差的性質(zhì)知，其出現(xiàn) 正負誤差的概率均為1/2，誤差正負符號的分布服從二 項式分布。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，在n次獨立試驗中，發(fā) 生正號（或負號）k次的概率為： 二項式分布總體的均值為: 二項式分布總體的標準差為: 二項式分布的極限分布為正態(tài)分布，即當n趨于無 窮大時，二項式分布趨于正態(tài)分布。因此，當n較大時,可用正態(tài)分布代替二項式分布，但應(yīng)作技術(shù)處理，將離 散的二項式分布與連續(xù)的正態(tài)分布聯(lián)系起來。為了將離 散型的二項分布與連續(xù)型的正態(tài)分布聯(lián)系起來?？砂央x 散型分布中發(fā)生 次的概率看成連續(xù)個 之間的概率，即令：,(b),(a),式中 為正態(tài)分布。 式（b）說明求二項分布 的概率值等價于求 正態(tài)分布 的概率值。 令 可進一步將（c）式化為標準正態(tài)分布。,（C）,（d）,現(xiàn)假設(shè)原問題服從 的二項式分布，則 及 為小概率事件，它們分別等價于 及 兩種情況，對應(yīng)有 合并兩種情況，取統(tǒng)計量 取顯著水平為 則在置信水平 下，如果有 則拒絕原假設(shè)，即拒絕正號（或負號）服從二項式分,布的假設(shè)，這就意味著定線不合理，反之合理。 檢驗方法：實例說明（見教材） 。 （二）適線檢驗 作用：檢驗曲線兩側(cè)點據(jù)分布是否有系統(tǒng)偏離。 原理：如果所定曲線兩側(cè)點據(jù)分布沒有系統(tǒng)偏離 ，實測點按水位遞增，其偏離曲線正負符號的排列情 況應(yīng)均等。 檢驗方法：將實測點按水位遞增順序排列，統(tǒng)計 每個測點偏離曲線的正負號，再從第二低水位點起， 依次與前一低水位點的符號相比，同號記位0，異號記 位1，然后統(tǒng)計出現(xiàn)1的個數(shù)。出現(xiàn)1的個數(shù)多，說明 定線合理，反之，可能測點有系統(tǒng)偏離。如下圖的情,況。對出現(xiàn)1的個數(shù)進行檢驗，方法與符號檢驗類似 ，用實例說明（見教材）。,Z,Q,正負誤差出現(xiàn)相等，可以通過符號檢驗，但可明顯看出高水和低水有系統(tǒng)誤差。,測點與關(guān)系曲線的系統(tǒng)偏離示意圖,偏離符號： 符號變化： 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0,（三）偏離數(shù)值檢驗 偏離數(shù)值檢驗是檢查測點偏離關(guān)系線的平均偏離 值（平均相對誤差），借以論證關(guān)系線定得是否合理 。 檢驗方法：設(shè)測點與關(guān)系曲線的相對偏離值為 實測流量。 曲線查讀流量。,Z,Q,前兩種檢驗都能通過，但測點有明顯系統(tǒng)偏離。,則平均偏離值為 的樣本標準差為 一般可認為服從正態(tài)分布 。 數(shù)理統(tǒng)計可以證明若隨機變量 服從正態(tài)分布 則其樣本均值 也是隨機變量且服從正態(tài)分布 樣本標準差 也是隨機變量且服從 分布，統(tǒng)計量,服從 分布。顯然，如果假設(shè)統(tǒng)計量 與0沒有顯著 差異等價與假設(shè) 與0沒有顯著差異。 在一定置信限 水平下檢驗假設(shè)是否成立？查 分布表相應(yīng)于 的臨界值 ，若 則接 受原假設(shè)（定線合理），否則拒絕原假設(shè)（定線不合理 ）。 （四）學生式 檢驗 檢驗兩組來自同一總體的樣本數(shù)據(jù)的平均值是否 有顯著差異？用于水文測驗上就是判斷兩組水位流量關(guān) 系點是否可以定為同一根關(guān)系曲線？,假設(shè)樣本 和 是抽取自同一正態(tài)總 體 的兩個樣本，其平均值分別 ， ；標準差 分別為 ， ；則可證明統(tǒng)計量 服從 分布。 對于給出的兩個樣本，假設(shè)其均值無顯著差異。 構(gòu)造統(tǒng)計量 后，在一定置信限 水平下檢驗假設(shè) 是否成立？查 分布表相應(yīng)于 的臨界值 ，若 則接受原假設(shè)（兩樣本均值無顯著差異,），否則拒絕原假設(shè)。 對于相鄰兩年的水位流量關(guān)系點，用此檢驗可判 斷后一年是否需要從新定線。 二、實測流量對關(guān)系曲線標準差的估算 考慮水位流量關(guān)系點高水部分的標準差大于低水 部分的標準差的特性，更科學的計算水位流量關(guān)系點的 標準差方法是ISO推薦的公式（6-72）、（6-73）、 （6-76）。我國流量資料整編規(guī)范推薦（6-72） 和（6-76）。 （6-72）公式的方法原理： 假定同水位下的實測流