倪躍曉 張?zhí)戾a
1,浙江省金華市沙畈水庫管理處
2,浙江省金華市九峰水庫管理處
水量平衡法推求流域退水線
倪躍曉1張?zhí)戾a2
1,浙江省金華市沙畈水庫管理處
2,浙江省金華市九峰水庫管理處
水庫的流域地下徑流退水線的繪制,一般可通過繪制多場次實(shí)測洪水下包線來實(shí)現(xiàn)。本文簡述了在實(shí)際繪制過程中,由于部分水庫并無流量站等原因存在的一些問題,并提出通過水量平衡法推求的解決方法步驟。
水庫;水量平衡;流域;地下徑流;退水線
某水庫位于浙江省金華市婺城區(qū)境內(nèi)。水庫校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為2000年一遇,相應(yīng)洪水位147.78m,總庫容9805萬m3,是一座以防洪、灌溉為主,結(jié)合供水、發(fā)電等綜合利用的中型水庫樞紐工程。壩址以上集雨面積119.5km2,多年平均來水量1.4億m3。
如圖1中的下包線Qg~t,即為流域地下徑流標(biāo)準(zhǔn)退水曲線,其繪制方法為:
2.1 以相同的比例尺,在方格紙上繪出各場洪水的退水流量過程線;
2.2 用一張透明紙描繪出最低的退水過程線;
2.3 將此曲線移到另一場洪水的次低的退水段,在保持時(shí)間坐標(biāo)重合的條件下左右移動(dòng)透明紙,使方格紙上的退水過程線在后部與透明紙上的退水過程線相重合,并把它也描繪在透明紙上;
2.4 如此逐一描繪各場洪水的退水流量過程線,取其下包線即為流域地下徑流退水線。
3.1 部分未建立入庫流量站的中小型水庫無實(shí)測洪水過程線,實(shí)測洪水過程線需要采用水量平衡法由庫水位間接求得;
3.2 建有流量站的水庫雖有實(shí)測洪水過程線,但由于入庫站的流量未計(jì)入庫區(qū)區(qū)間來水量,實(shí)際入庫洪水與實(shí)測洪水過程線不符,因此需要進(jìn)行修正計(jì)算;
3.3 采用水量平衡法由庫水位推求洪水過程線時(shí),選取長時(shí)段時(shí)不能滿足計(jì)算精度需要;而選取短時(shí)段時(shí),由于地下退水段通常入庫流量較小,庫水位變幅也較小,受自記水位觀測精度1cm限制,因此常會(huì)出現(xiàn)連續(xù)幾個(gè)時(shí)段水位觀測數(shù)據(jù)無變化,從而導(dǎo)致該時(shí)段計(jì)算流量為0的情況;或受水位觀測誤差的影響,入庫流量經(jīng)常出現(xiàn)鋸齒狀的過程線。因此在實(shí)際繪制時(shí),往往難以達(dá)到各場次洪水的地下退水線重合較好的效果。
而且,由水量平衡法求得的流量為時(shí)段平均值,無法滿足后續(xù)地下徑流分割、推求單位線等工作要求,需要轉(zhuǎn)化為時(shí)刻流量過程線。
4.1 方法
選取峰后無雨次洪水的退水水位過程線,利用庫容曲線轉(zhuǎn)化為庫容過程線,再經(jīng)整理計(jì)算后轉(zhuǎn)化為時(shí)刻流量過程線。
4.2 庫容過程線的數(shù)據(jù)整理
受水位數(shù)據(jù)誤差影響,庫容過程線存在不合理數(shù)據(jù),導(dǎo)致時(shí)段流量出現(xiàn)時(shí)大時(shí)小的鋸齒狀。整理時(shí)從退水段庫容過程線中剔除后時(shí)段流量比前時(shí)段流量大的數(shù)據(jù),從退水起始時(shí)刻開始計(jì)算該時(shí)刻到之后各時(shí)刻的平均流量,取其最大值的時(shí)刻為過程線的控制點(diǎn),剔除兩時(shí)刻之間的其他庫容過程線點(diǎn)據(jù),再以該控制時(shí)刻點(diǎn)為起始時(shí)刻重復(fù)上述步驟向后計(jì)算。整理后使庫容過程線符合退水段流量由大到小的規(guī)律性。其過程可以利用EXCEL函數(shù)逐時(shí)段進(jìn)行計(jì)算,或通過EXCELVBA編程完成。
4.3 原理及步驟
取時(shí)段Δt=1小時(shí),按照地下徑流蓄量W=KQ的線性假定,根據(jù)地下徑流蓄泄水量平衡方程可以求得:
式中F、Rg為流域面積(km2)、地下凈雨(mm)。
取b=(K-0.5)/(K+0.5),又因選取的地下退水段無雨即Rg=0,則可求得:
根據(jù)流量定義可知Qt為Vt的時(shí)間導(dǎo)數(shù),則:
式中a=Q0/lnb,c= V0-a
取不同時(shí)刻t=i1,i2,i3…,則:(4)
上述各式中,K、Q0、V0、Vt分別為地下退水系數(shù)、地下退水起始時(shí)刻(即后續(xù)無雨時(shí)刻)的流量、庫容和t時(shí)刻的庫容。
Q0、V0因各場次洪水的降雨和庫水位的不同而各不相同,在同場次洪水中則為常數(shù)。K則通常在不同場次洪水中為同一常數(shù),但有些水庫會(huì)出現(xiàn)因同場次洪水的退水區(qū)間不同而不同,即表現(xiàn)為折線形退水曲線。
地表徑流退水未結(jié)束時(shí)因受地表徑流退水影響,退水系數(shù)K各不相同,只有在地表退水結(jié)束后退水水源才是穩(wěn)定的地下徑流,表現(xiàn)為K值是同一常數(shù)。因此未建有入庫流量站時(shí)應(yīng)盡量靠后區(qū)間選取不同時(shí)刻t,以保證該時(shí)刻處于地下退水段;反之則可以從實(shí)測洪水過程線大致確定地下退水區(qū)間。再利用式(4)求得一個(gè)或多個(gè)區(qū)段K值,取其均值或較穩(wěn)定的K值,代入式(3)式,求得各時(shí)刻Vt,再采用最小二乘法對實(shí)測庫容過程線擬合計(jì)算,即可求得相應(yīng)的Q0值,按式(2)求得時(shí)刻流量退水線。通過多場次洪水退水線進(jìn)行綜合驗(yàn)算,即可求得穩(wěn)定的地下徑流退水線。如果是折線形退水線,則需要按上述方法分別求出不同退水段的K值和Q0值(如圖2) 。
本文從實(shí)際出發(fā),較好的解決了推求流域地下徑流退水線過程中的諸如呈鋸齒狀、時(shí)段與時(shí)刻流量轉(zhuǎn)化的一些實(shí)際問題,對于無流量站的中小型水庫有較好的借鑒作用。
[1]蔣金珠.工程水文與水利計(jì)算.中國水利水電出版社, 1998
[2]雒文生,宋星原.洪水預(yù)報(bào)與調(diào)度.湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2000
10.3969/j.issn.1001-8972.2012.12.008