单值化技术可以明显减少水文站的测次

单值化技术可以明显减少水文站的测次

葛维亚

       受变动回水和洪水涨落影响的水文测站，水位流量关系呈现毫无规律的多个大小不一，走向各异的复式绳套曲线。控制这种绳套曲线，以保证现场测验和资料整编规范所要求的精度，水文测站每年测次在一两百次，最多可达四百多次。消耗了大量的人力，财力和物力，同时河上测流人员面也面临极大的风险。

       水文单值化技术，对于这种H-Q水位流量关系极为复杂的绳套曲线，经过单值化处理， 获得满足规范精度要求的H-q  单一曲线，关键在一在于如何推求单值化流量（也称为校正流量）q   。经数学解析推导可以得出：

 

       建议采用优选法或线性逐步回归法进行， 计算分为手算和电脑程序计算两种。有条件应优先考虑电算。详见《稳定河床水位流量关系单值化处理方法及其应用》、《水文流量关系单值化处理应用技术成果汇编》、《落差指数法单值化处理若干问题探讨》。   

       通过单值化计算，得到满足规范精度要求的H-q  单一（即单值）曲线后，即可以着手对水文站测次的精简，改变多测为少测，常侧为间测，定点测流为巡测以及随文站流量是否停测，进行分析与判断。具体方法之一是根据一年总测次n，按下式派生出各种不同测次的方案：

       按照规范要求，对每一年各派生方案单值化处理计算结果，分别按低水和中高水进行精度验算，把其中精度高，测次少，曲线长的那一个派生方案确定为本年的选定方案。

       我们根据这一思路及方法，对长江宜昌水文站进行计算，见表1，能满足规范精度要求的一 年测次总数大大减少 。对长江宜昌水文站而言，随意选出13年（见表1），全部选定方案有103个，如果选定相邻测次的水位差不能大于0.6米，以此确定最后的精简测次方案。宜昌水文站依据水文单值化技术，全年测次仅为63次，和以前每年平均实测测次116次相比，几乎精简了一半。从表1来看，这是最保守的方案。实际上，选定的方案只有十几个测次，就可以满足规范的精度要求。

                  表1       精简测次各年选定方案

年份	选定方案的测次	低水实测测次	中高水实测测次	全部实测测次	低水p= (p |δ|≦8) 的百分数	低水p= (p |δ|≦10) 的百分数	中高水p= (p |δ|≦8) 的百分数	中高水p= (p |δ|≦10) 的百分数
1963	10	32	67	99	75.0	87.5	92.5	100
1964	7	39	111	150	97.4	100	77.5	96.4
1966	10	43	61	104	97.7	100	96.7	100
1968	6	38	77	115	76.3	86.4	93.5	98.7
1969	9	39	54	93	97.4	100	75.9	88.9
1971	6	39	72	111	97.4	97.4	84.7	98.6
1972	6	62	55	117	91.9	100	98.2	100
1973	4	57	89	146	96.2	98.1	99.4	100
1974	6	26	92	118	100	100	81.5	97.8
1975	6	29	82	111	100	100	96.3	100
1976	5	36	73	109	97.2	97.2	97.3	100
1977	6	32	83	115	96.9	100	94.0	100
1978	12	52	67	119	100	100	85.1	98.5
总计	103			1507
平均	8			116

 

              确定精简测次方案的具体方法之二更为简单，其方法是把历年H-q 曲线绘制在一起， 人为选取曲线上的几个实测点（必需为曲线几何控制点）所对应的测次组成派生方案。经历年精度验算，能满足规范精度， 就以此确定最后确定精简测次方案。

更正：1，上文（2）有两个，后一个（2）应改为（4）。

          2，（4）应改为（5），（5）应改为（6）。

          3，上文中（3）式下面第3行的（6）应改为（4）。

          4， 上文中（5）式和（6）式里的n应为ni，

          5， （5）（6）要紧跟在公式后头，不应放在下一行。

葛维亚，水文水资源博士，科研所总工，教授级高工，著名水文水资源学家，3所著名重点大学特聘教授及博导，我国著名技术期刊审稿人，国务院政府专家津贴获得者。 担任过水利部国家水文数据库专家指导组成员，担任全国多个技术课题鉴定委员会的委员、副主委、主委，亲自起草会议纪要、测试报告以及鉴定评审意见书。 特邀担任全国著名技术刊物审稿者。上世纪七八十年代担任国际水文科学协会IAHS负责人兼驻中国特派员。 退休后，自2006年开始，在网上自建《水文狮子林》个人网站，又在科学网、新浪网、龙城博客网建立博客园地，发表博文九百篇，图片三百多张，全部点击量超过几百万。获得了我国科学网高级会员，金山毒霸钻石会员，博客之星称号。