相应水位法

名词简介

建立相应水位与传播时间的经验关系，由上断面现时水位预报下断面未来时刻水位的河道洪水预报方法，称相应水位预报方法。如洪水波通过河段上下断面时的水位过程线，a与a′、b与b′、f与f′等分别为洪水波上同一位相点。ht和ht τ分别为洪峰通过上断面和下断面时的水位，彼此称相应水位，τ 为洪峰从上断面传播到下断面经历的时间，称传播时间。应用历次洪水的相应水位和传播时间，可建立相应水位经验关系 ht τ=f(ht)

从而可由上断面t时刻水位ht（现时水位）,预报下断面在未来t τ时刻的水位tt τ。传播时间τ 称天然预见期，扣除信息传递及处理时间τ′, 从发布预报到预报现象出现的有效预见期为τ-τ′。

实际上，相应水位关系并不如此简单,而受到许多因素的影响。这些因素是:①本次洪水起涨时刻的河槽蓄水量也称为河槽底水；②河段区间的来水情况，例如预见期内的区间降雨和支流汇入水量；③河床冲淤变化；④下游河水的顶托；⑤上游断面是几条支流的汇合处。这些因素从不同侧面改变洪水波在传播过程中的状态和传播速度。在建立相应水位关系时，应分析这些因素的主次，在相关图中引入适当参数，以提高预报精度。2100433B

设计水位综合历时曲线法

历时曲线又称保证率曲线、累积频率曲线，取每年的逐日平均水位或流量资料，分级统计各级天数累积的曲线，根据保证率要求，求出相应水位即为保证率水位值；综合历时曲线则以多年的日平均水位或流量分级统计各级天数累积曲线，根据保证率要求，求出相应水位即为保证率水位值。现将具体绘制综合历时曲线步骤列出如下：

（1）根据统计资料的年份内日平均水位最高最低值的变幅，将水位分为若干级，航道等级高则分的细些，如水位差5、10、20cm为一级，长江干流以5cm为一级，一般河流以10cm为一级，若采用计算机统计水位分级可细分到1cm一级，统计逐日平均水位不同级各出现的次数。

（2）由高至低逐级进行累积出现天数的统计，进行各级的保证率累积频率计算，保证率为多年逐日平均水位总次数除各水位级相应的累积出现次数（以%表示）。

（3）以水位为纵坐标，保证率为横坐标，在方格纸上把各保证率值点于相应于水位级的下限处，连接各点即成水位历时曲线，历时曲线统计可列表计算 。

设计水位保证率频率法

由历时曲线法及频率分析两部分构成。计算步骤如下：

（1）将每年逐日平均水位或流量资料，按历时曲线法分别绘制每年的日平均水位或流量历时曲线；

（2）根据航道等级的设计标准，确定保证率和频率；

（3）根据航道等级的设计标准，分别从各年的历时曲线上，选取各年相应的保证率的水位或流量；

（4）用经验频率公式绘制经验频率曲线；

（5）将选取的水位（流量）作样本，按频率分析方法进行理论频率计算，绘制理论频率曲线，并与经验频率曲线适线；

（6）根据航道等级标准要求的重现期，从频率曲线中查得相应的设计水位（流量） 。

河流中规定可以正常通航的最低水位，即航道标准尺度的起算水位，称为设计最低通航水位；规定可以正常通航的最高水位，控制桥、闸跨河建筑物净高的水位，称为设计最高通航水位。设计最低通航水位，一般简称设计水位，有的河流常称航行基准面或航行零水位。确定各浅滩的设计水位，首先必须确定基本水位站及其控制的河段，其次推求基本站设计水位，最后相关到各浅滩上求出浅滩的设计水位。

选择基本站及控制河段的原则：1.基本站与浅滩间没有拦河闸坝，两者的水位涨落幅度和水面纵比降大致相近；2.无较大的支流汇入，也没有较大的引水工程，流量一致；3.具有连续多年实测可靠的水位（流量）资料并能换算为统一的水准基面，一般要具有15～20年以上的资料系列，而在这期间没有大的人工改造河道的工程影响。

水位预报有两种基本思路：河道洪水运动演进计算与降雨-径流模拟。其中河道洪水运动演进计算，主要是根据河道中洪水波运动传播规律，单纯利用河道流量或水位进行洪水预报；降雨-径流模拟则是将流域作系统化处理，以降雨资料作为系统输入，由产汇流过程计算得到洪水过程的预报。（1）上下游相关关系法（见图1），利用河道上游断面水位（流量过程）预报下游断面水位的方法。它根据天然河道里洪水波运动原理，分析洪水波自上游向下游传播时相应水位及其传播速度的变化规律，寻求其经验关系。上下游相关关系系统的具体形式包括：相应水位法、合成流量法。（2）通常采用马斯京根算法计算河道洪水的演进过程，以此进行河道洪水预报。（3）基于实测降雨的预报，根据流域降雨产流及汇流理论，利用实测降雨预报流域出口断面的径流量。采用降雨量直接预报径流量可以增长预报的预见期 。

水位预报主要是对某站（点）水位及其出现时间的预报。河道水位预报，常用相应水位关系法进行；水库（湖泊）等水体的水位通常是根据调洪演算进行预报；枯水期的水位，一般按其消退规律进行预报；河道洪水位预报是根据洪水波运动原理，上、下断面水位（包括水位、流量及其组合）变化和传播的规律来推算水位。常用的相应水位关系法，即在一定河段上，河道与断面对洪水波变形的影响可视为定值，当下断面水位只受上断面来水影响时，可建立上断面水位与下断面水位的经验关系。

实际应用中，有下列几种方法：

（1）单一相应水位关系法。最简单的是上、下断面水位特征点（洪峰、起涨）之间的单一关系。图左曲线称洪峰水位关系，反映洪水波的变形规律；图右曲线称传播时间关系曲线，表示洪水波的传播规律。在单一河段中，洪水波变形受附加比降影响较显著，此时宜在上、下断向相应水位关系中增加有关参数。有时受区间径流、较大支流扩入和变动回水顶托等因素的影响，可针对不同影响因素增加有关参数。

（2）在多支流扩入的河段，假定不考虑干支流洪水的互相干扰，可用下断面水位与干支流各上断面相应流量之和的关系，来预报下断面水位，称合成流量法。

以上水位预报都是直接推算出来的。在有些复杂的河段，可先用相应流量关系法或洪水演进推算出下断面流量，再由水位流量关系曲线转化为水位。

在分洪溃口河段，因突然改变了原来水流涨落和传播的规律，此时宜采用现时水位关系，或在原有的相关关系上增加一纠分洪溃口影响的因素（如分洪流量）作参数。预报时要注意分洪位置和分洪情况的变化。

影响水位预报的因素很多，也很复杂，相应水位关系所考虑的因素不易全面，同时很难正确估计预见期内影响因素的变化，因此宜及时补充信息，修正预报成果。