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，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（放在中高水实测测次右边最后）

 年份             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                           100 

1964                           7                               39                                                  111                                 150                        96.4

 1966                         10                              43                                                   61                                  104                         100

 1968                          6                                38                                                   77                                  115                         98.7 

1969                            9                               39                                                   54                                  93 97                     88.9

 1971                          6                                39                                                    72                                  111                      7 98.6

 1972                          6                                62                                                    55                                  117                        100

 1973                          4                                 57                                                    89                                  146                       100

 1974                           6                                26                                                     92                                 118                      97.8

 1975                           6                                 29                                                    82                                  111                      100  

1976                            5                                36                                                     73                                  109                      100

 1977                           6                                32                                                      83                                 115                       100

 1978                         12                                 52                                                     67                                 119                        98.5 

  总计                                                                                             103                                                                                         1507

                   总计98.5应该在最右边100下面， 1507应该在最右边98.5下面  

  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。      

  说明1：  计算中一定要注意，综合落差F要按下式计算：      F=a1F1+ a2F2

 + a3F 3+…… + anFn              上式中a1、a2、a3………an 为落差系数 ， 本文中的n应为n1、n2、n3、………ni

 说明2：     全部测次应该在中高水实测测次最右边。

葛维亚简介 葛维亚，水文水资源博士，科研院总工，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，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水资源部门负责人兼驻中国特派员。 曾获得国家水文数据库开发设计全国特别奖、程序编制甲等奖、水文单值化创新大奖、流域汇流方法创新奖。 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，图片五百多张，全部点击量超过千万。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。