2010注册岩土工程师考试：洪水流量自动测报的水力学推流模型（2）

3 应用
本文将该模型具体应用于湖南省湘江流域的龙家山水文站和董背冲水文站。龙家山站位于湘江一级支流洣水的中游，控制流域面积4515km2。董背冲站湘江位于二级支流铁水下游，集水面积1681km2。两站水位流量关系受洪水涨落率影响均比较严重。历年洪水期的水位流量关系均呈绳套曲线，测次多，测流时间长，困难大。
3.1 工作曲线
采用水力学模型前，先建立以下工作曲线：
（1）Z～n或d～n关系曲线。根据历年实测的流量和比降资料，估算曼宁糙率系数，建立相应河段的水位（或水深）与糙率之间关系的曲线。
（2）Z～关系曲线。由于很多测验河段是选择在倒坡河床上，所以不能直接用河段的实际底坡代替。这时，可以近似地认为每次洪水的洪峰峰顶和峰谷接近于恒定流流态，故可通过各次洪峰峰项和峰谷所观测到的比降资料分析出合理的值。一般情况下各级水位的正常水面比降是不同的。因此，可寻求正常水面比降与水位级的关系，建立水位与正堂水面比降的关系曲线。
（3）Z～A、Z～R、Z～d关系曲线。这些曲线根据最新的实测大断面资料绘制。
3.2 推流计算程序
采用水力学模型推流计算的步骤如下：
STEP1. 确定计算推流水位Z；
STEP2. 确定计算时段长△t，其长度的确定应满足在推流水位Z，前后水位过程接近直线变化，计算相应涨率△z /△t，其值为；
STEP3. 由工作曲线查得相应于水位的正常水面比降、糙率及断面参数面积、水力半径和断面平均水深；
STEP4.由、据Z～R工作曲线内插、，近似计算△R/△d，其值为；
STEP5. 据式（10）通过牛顿迭代法计算△d /△X；
STEP6. 据式（6）计算相应于水位的断面流量；
STEP7. 继续计算否？是则转STEP1；否则结束。
全部计算工作在计算机上编程完成。
3.3 实例成果
由于篇幅所限，这里仅给出两站设站以来实测最大洪水的水力学推流成果。其中附表为推流主要精度指标，附图为推流过程线与流速仪实测点的对比。
(a) 龙家山水文站洪水流量过程线 (b)董背冲水文站洪水流量过程线
两站设站以来实测最大洪水水力学推流与流速仪测流成果对比
4 结语
（1）通过水力学途径用水位资料推算流量，经济简便，其一个水文站的消耗仅相当于一个水位站。本文介绍了一种近似扩散波水力学推流模型。实例表明，该模型应用于受洪水涨落率影响的水文测站，其推流精度能够达到一定的要求，而且只要将水位采集装置直接与计算机相联，即可实现流量自动记录。这对于解决高洪测流特别是实现水文自动测报和水文测站的无人值守具有重要意义。
（2）测流断面的水下地形和河床糙率是直接影响断面流量的两个重要因素。应用本模型推流时要适时监视断面变化情况，并不定期用流速仪校测少量测次，以率定河床糙率。一旦发现这些参数发生了变化，就及时修正相应的工作曲线。