10水文二班第一大组水文测验课程设计报告.doc
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河海大学
草尾河草尾站1978年水文数据处理
班级：
10级水文二班
汇报小组：
第一大组
中国·南京
二〇一三年六、七月
指导教师：
张静怡
组长：
陈学高
副组长：
周景舒
小组成员（按学号排序）：
钱纯纯马筠陈清王亚楠赵殿元吴昱驹
赵胤翔谷天峰苗林浩曾凤连李洁
特别鸣谢：
安徽省芜湖大砻坊水文站全体工作人员
责任编辑：
陈学高周景舒
目录
摘要……………………………………………………………………………………4
Abstract………………………………………………………………………………4
前言……………………………………………………………………………………4
一、测站概况…………………………………………………………………………6
二、测站特性分析……………………………………………………………………7
三、流量数据处理方法………………………………………………………………7
3.1连时序法……………………………………………………………………7
3.2校正因素法…………………………………………………………………9
3.3本站水位后移法…………………………………………………………11
3.4落差指数法………………………………………………………………15
四、悬移质泥沙数据处理…………………………………………………………31
4.1悬移质泥沙处理依据及说明……………………………………………31
4.2单、断沙关系法定线检验统计计算……………………………………32
五、结论分析………………………………………………………………………33
六、参考文献………………………………………………………………………33
附录一 计算成果…………………………………………………………………34
附录二 附图………………………………………………………………………48
附录三 心得体会…………………………………………………………………49
摘要
水信息数据处理就是对原始水信息数据按科学的方法和统一的技术标准与格式进行整理、分析、统计、审查、汇编和刊印的全部技术工作。
本次课程设计主要针对草尾河草尾站1078年数据进行整编，并进行悬移质定线分析。
其中，流量资料进行整编时分别采用连时序法、校正因素法、本站水位后移法和落差指数法。
通过与洪水要素水文要素摘录表中的刊印值进行比较，分析几种方法的误差，结合测站实际特性分析，得出最适合本站的流量资料整编方法。
Abstract
Dataprocessingforwaterinformationisatermreservedforallthetechnicaljobswhichincludedisposal,analysis,statistics,checking,assemblyandpublicationbasedontheoriginalwaterinformationdataaccordingtoscientificmethods,consolidatedtechnologicalstandardandformat.Werespectivelyadoptedchronological,hydraulicfactor,levelshiftandfallexponentdataprocessingmethodstodealwithCapoeirahydrologicalstationdatain1978fromCaoweiheCity,HunanProvince.Inaddition,weplottedthecurveandanalyzedthesuspendedloadsedimentdata.Ourmainachievementcontainsthedischargeresultsandtheirerroranalysisbythemethodsmentionedabove.Aftercomparison,wegottheconclusionthatthedischargeresultsbychronologicalloopcurvemethodarethemostaccurateamongallthemethodswhereaseachhydraulicfactordataprocessingmethodhasitsownadvantagesaswellasdisadvantages.
前 言
目前，结合国情现状，对流量、输沙率等的施测不可能逐日逐时连续进行，实测水信息数据是一种不连续的原始数据，因而现状条件下的水信息数据是零星的、不连续的、可能含有错误的原始数据。
因此这些水信息数据就不能很好地反映水流或某一水文要素的完整变化过程和变化规律，自然就不能满足国民经济各部门对这种资料的要求。
因此此次课程设计目的为通过设计，能够系统、全面地掌握水文数据处理的方法，在对测站特性进行分析的基础上，理解所用处理方法的依据，掌握各种方法的使用条件。
通过分析、计算、绘图及撰写报告，使学生在水文工作的分析问题、解决问题能力和基本技能诸方面得到训练。
其具体为：
1、掌握受综合因素影响的水位流量关系的处理方法；2、掌握悬移质泥沙数据处理方法；3、计算机编程，理解计算机处理的思路及方法。
课程设计中，我们主要采用连时序法、校正因素法、本站水位后移法和落差指数法来进行流量资料整编，同时进行悬移质定线分析。
过程中，小组分工任务明确，团队互相帮助促进，使得全组成员都可以接触各种方法，并且有机会全面参与某一种方法，将课本上习得知识用于生产实践。
在实习期间，大家在完成了安排的外业任务之余，挤出时间完成课程设计。
不仅考验了大家的完成实习及课设任务的能力，也锻炼了大家合理安排时间，规划分配任务的能力。
总之，这次课程设计，在让大家深刻理解资料整编方法的同时，也让我们深刻理解到水文站基本工作的艰难，必须具备认真负责的态度。
当然，必备的知识也是必不可少的，例如在做软件练习时，就必须有成员能够熟悉运用一些编程软件，理清思路，结合项目基本原理，完美的完成编程任务。
总之，这次的课程设计，让我们能够更好的建立感情，发挥团队合作的精神，互帮互助，在完成自己任务的同时，主动伸出援手，提升整个团队的战斗力，希望我们第一小组的所有成员在以后的生活工作中，也可以继续保持这样的精神，磨砺自己，打造更加优秀的自己。
让我们一起努力！
编者
2013年6月24日
一、测站概况
本次水文测验课程设计我组选择的测站为湖南草尾河草尾水文站，选用的数据为湖南草尾河草尾水文站1978年实测流量成果表，逐日平均流量表，洪水水文要素摘录表，实测悬移质输沙率成果表及黄茅洲站1978年洪水水位摘录表。
测站
沿革
1947年7月由伪长江水利工程局设立为水位站,1948年12月31日停测。
1951年4月由湖南省水利局恢复，1952年4月又停测。
1956年7月由长江流域规划办公室，在黄茅洲设立水文站，因上游八形汊河堵死，河段淤积，控制条件差，于1966年10月上迁17.5km至草尾，改名为草尾水文站。
测验河段及其附近河流情况
测验河段顺直，两岸为河堤。
河床为梯形断面。
断面上游约400m处，两岸均筑有导水矶头。
左岸河滩宽约20m；右岸河滩宽约60m，并栽有护岸林。
水位达34m时全部漫滩。
右岸堤脚因取土护堤挖成串沟，水位未漫滩时，形成死水。
漫滩后滩地流量一般不超过总流量的1%。
河岸左岸上游约1000m，右岸上游约350m处有排灌闸不定期开放。
草尾河入口右侧之护山州于1958年冬围垦。
使西洞庭湖来水至南洞庭湖的洪道缩小，增加草尾河的流量，并造成该河的冲刷。
基本
水尺
型式和质料
位置
直立式、搪瓷
左岸，河口下游约2km处
水
准
点
号数
测量或
变动日期
（年.月.日）
用冻结基面表示
用绝对或假定基面表示
位置
引据
水准点
变动原因
高程（m）
高程（m）
基面名称
湘水P.B.M
51-122＇
1951
32.208
黄海
草尾镇下游双裕垸南堤方汉成宅旁
草东P.B.M1＇
1973.4.25
1980.12.27
34.400
34.400
32.591
32.591
黄海
草尾镇煤建站房东端坪中
湘水P.B.M
51-122＇
草东P.B.M1＇
1973.4.25
33.898
32.089
黄海
草尾镇煤建站房东端坪中
湘水P.B.M
51-122＇
草基1
1975.11.21
1980.12.27
31.302
31.302
29.493
29.493
黄海
站房东侧4m菜园内
湘水P.B.M
51-122＇
草基2
1975.11.21
1980.12.27
31.252
31.252
29.443
29.443
黄海
站房东侧4m菜园内
湘水P.B.M
51-122＇
附注
冻结基面与黄海基面高差为-1.809m
图1湖南草尾河草尾站位置图
二、测站特性分析
根据湖南草尾河草尾站测站地理位置概况、实测流量成果表，逐日平均流量表，洪水水文要素摘录表，以及使用连时序法结合水位过程定线分析，可知湖南草尾河草尾站除可以使用连时序法外，在汛初还可以选择洪水涨落影响为主的办法来处理，而6月、7月西洞庭湖受长江洪水影响，对草尾站回水顶托又较显著，因此这时又可以选择处理回水影响为主的办法来处理。
三、流量数据的处理方法
3.1连时序法
3.1.1可行性分析
由于对草尾河草尾站水位流量关系受何种因素的影响不太熟悉，而连时序法主要基于流量变化的连续性且能综合考虑诸多因素对水位流量关系的影响。
所以我们采用连时序法结合水位过程线对1978年草尾河草尾站全年实测流量成果进行分析，得出Z-Q关系并进行推流。
3.1.2方法及原理
连时序法适用于受某一因素或综合因素影响而连续变化时。
该法要求测流次数较多，并能控制Z-Q关系的转折点。
定线时，先绘制Z-Q、Z-A、Z-V关系图，并依测点时序进行分析，找出各个时段的影响因素，按照各种因素影响下的Z-Q关系曲线特性，以参证因素的变化作参考，连绘Z-Q关系曲线。
连线时，主要依据是实测Z-Q关系点，因此要求测次能控制流量变化的转折处。
但是，连线时并不一定全部通过实测点，因为实测Z-Q关系点是有误差的，甚至可能会有错误，因此连线时一定要分析定线。
特别是实测Z-Q关系点与分析的影响因素有较大出入时，同时又涉及到本站流量的极值，则更要深入分析。
分析定线时，水位过程线是必不可少的。
在水位过程线上，要醒目地注明各实测流量测次位置，特别是峰、谷附近。
因为实测点在峰谷前后的位置，有时会对Z-Q关系线有较大影响。
分析受断面冲淤或结冰影响时，还应参考用连时序法绘出Z-A关系曲线变化趋势，帮助绘Z-Q关系曲线。
如高水时缺测断面资料，须结合测站特性，分析冲淤变化规律，先就面积曲线进行插补，再根据插补的面积曲线与Z-V关系曲线求出Z-Q关系曲线。
对于受洪水涨落影响的Z-Q关系曲线，主要是按洪水绳套的特性进行连线，这时，连时序法也称为绳套曲线法。
洪水绳套曲线的分析主要水位过程线，因为水位过程线的斜率是水位的涨落率。
对于同一测站，涨落率是反映洪水特性的重要参数。
根据受洪水涨落影响的Z-Q关系特性洪水绳套一定是逆时针绳套；同一测站，大致相似的洪水过程，形成的绳套曲线也大致相似；不同的洪水涨落率的绳套的幅度不同，一般涨落率大者，绳套的宽度亦大；复式绳套一般较前一个绳套偏左。
分析受变动回水影响时，主要参考比降的变化。
在同水位下，一般必将大者流量大，Z-Q关系点在右边。
对于实测流量点较少或者实测点有怀疑的地方，特别是Z-Q关系曲线的走向难以确定时，必须分析比降来确定Z-Q关系曲线。
受混合影响时，应选其主要的一种影响因素的变化趋势作参考。
在这种情况下，曲线的变化将更复杂，绘制曲线时，须进行深入分析，分别处理。
流量的推求使用水位在不同时段相应的水位流量关系曲线查读，因此各段曲线适用时间必须清楚。
3.1.3制作步骤
1.点绘连时序法定线时段内的逐时水位过程线，同时在其下方点绘水力因素法定线时段内所需参证站的水位过程线，以手工光滑曲线连接每个点据。
2.从实测流量成果表中选取数据点据和适当的坐标比例，使得点绘的水位—流量关系图、水位—面积关系图、水位—流速关系图满足各关系线同横坐标的夹角满足45°、60°、60°的要求。
3.采用连时序法定线，先定水位—面积关系曲线，再定水位—流速关系曲线，同时连水位—流量关系曲线，两者相辅相成，使满足Q=VA.同时考虑水位过程线，确保点绘水位—流量绳套时谷、峰不重不漏。
4.根据水文要素中的逐时水位在连时序法定出的绳套曲线上推求逐时流量，计算逐日平均流量，将其结果与刊印的逐日平均流量进行对照，计算相对误差。
3.1.4推流精度分析
通过对1978年草尾河草尾站6月的流量进行推求，所求径流深相对误差分别为0,在误差范围内，故结论可行。
但在逐日平均流量计算中并不乏特殊点，以下为具体分析。
由于我们所选的草尾河草尾站的洪水资料具有流量变化小,全年较为平稳的特点,所以我们所画的每一个洪水绳套窄小。
为了简化绳套的复杂程度，我们从15场小洪水中选择了10场具有代表性的洪水进行连时序法地绘制。
在6月一整个月中，6月25日的日平均流量的相对达3.14%，就是因为在6月20日至6月25日有一场小洪水被舍弃导致实测流量资料有限，资料连续性不满足要求，所以导致Z-Q曲线定线具有任意性，进而使得推流误差较大。
3.1.5优缺点
1.优点。
（1）总体而言，连时序法是按实测流量点子的时间顺序来连接Z-Q关系曲线，故应用范围较广。
（2）因为连时序法不仅适用于受单一因素影响的测站，而且能运用于受综合因素影响的测站，所以推流结果准确。
2.缺点。
（1）连时序法需要将每一个实测点连接起来，所以在点绘复式绳套时比较繁琐，加上在点绘过程中需要结合水位过程线充分考虑洪峰、谷，所以整个过程比较耗时。
（2）连时序法对实测资料的连续性以及数据的充分性要求比较苛刻，所以一旦实测资料不足时，便会给绘制Z-Q曲线带来麻烦，进而影响推流精度。
（3）正因为连时序法对实测资料的连续性以及数据的充分性要求比较苛刻，这就增加了测流在经济、技术以及人力的要求，因此其实用性不强，只能作为其他推流方法精度衡量与比较的一个标准。
3.2校正因素法
3.2.1方法原理及步骤
校正因素法是水力因素型方法，仅适用于测站受洪水涨落影响下Z-Q关系呈单式绳套的流量数据处理，将受洪水涨落影响的实测流量通过校正因素的校正后，转化成同水位下稳定流的流量。
通过试算的方法确定Z-Qc单一线和关系线。
具体计算过程为：
在水位历时过程线上读出各测次点的涨落率，通过=0的点初定Z-Qc关系曲线，在此关系曲线上根据各测点的水位Zi查出相应的QCi，再通过公式：
计算各测点的，点绘的关系点距，并通过点群中心定曲线，接着在曲线上根据各实测水位Zi查出相应的，计算各测点的校正点，计算公式为：
查看校正点在所定Z-Qc线周围的分布情况，若不符合所定单一线标准则加以修正。
3.2.2推流
根据已知的水位和在水位历时过程线上查得相应点的涨落率，在线和Z-Qc线查得水位所对应的、进而可推求。
1.定线检验
表1草尾河草尾站1978年6～7月校正因素法定线检验统计计算
测点号
45
46
47
48
49
50
符号检验
-
+
+
-
-
+
适线检验
1
0
1
0
1
定线检验统计计算表如表1所示。
（1）符号检验
时，
通过符号检验，定线合理。
（2）适线检验
使相邻测点符号相同的取“0”，符号相反的取“1”。
设K为“1”的个数。
时，
通过适线检验，定线合理。
所以，校正因素法中所定单一Z-Q曲线通过检验，定线合理。
3.2.3推流精度及误差原因分析
用连时序法结合水位过程线对1978年草尾河草尾站全年实测流量成果进行分析后得出Z-Q关系为一错综复杂的绳套系列。
从全年的复式绳套结合水位过程分析，取本站6月份至7月份水位过程线为一完整的洪水涨落过程，因而本次课程设计校正因素法选用6月25日至7月6日的单式洪水进行流量数据处理，选用测次号为42至50。
由于本次洪水洪峰流量较小，点较少，绳套情况较差，因而导致误差较大。
经过列表计算，使用校正因素法推流大部分瞬时流量及日平均流量与刊印值比较误差小于5%，满足精度要求。
但是在水位较低处误差较大，不满足精度要求。
在画图时，由于42到44三点又构成一个较小的绳套，但由于流量资料有限，在Z-Q曲线中无法反映小绳套，将其舍去，从45号点开始绘制Z-Q关系曲线并进行校正因素法进行数据处理。
但是仍然在校正因素法中定单一线时会带来影响，尤其在低水位流量时引入误差较大，且将45号点的水位作为小绳套洪峰水位，实际情况可能并不吻合，存在涨落率。
在此次洪水涨水段初期使用校正因素法误差较大。
在使用水位历时过程线进行水位涨落率查读时，人工影响较大，不同的人可能会有较大差异，进而影响定线推流。
3.2.4优缺点
1.优点：
（1）适用于仅受洪水涨落影响下水位流量关系呈单式绳套且测次较少的情况；
（2）对于符合条件的测站推流精度较高。
2.缺点：
（1）计算过程繁琐，所需工作量巨大；
（2）对资料的精度要求较高，尤其是涨落率的选取受人为因素的影响较大，选取不准确对定线推流都有很大影响。
3.2.5与连时序法比较
校正因素法适用于仅受洪水涨落影响下水位流量关系呈单式绳套且测次较少的情况。
对于施测点数有限且较少的测站水力因素型方法适用性更强。
但是在水位历时过程线上读取涨落率的人为误差对定线推流有很大影响，且在实际过程中，单次洪水可能会受到下游回水顶托的影响，此时使用校正因素法推流精度不高。
若对于草尾河草尾站主要受到洪水涨落影响的月份使用校正因素法推流精度很高。
连时序法适用于受某一因素或综合因素影响的情况，制作过程单一，简单直观，不需要单值化定线推流，但对资料的连续性以及数据的充分性要求很高。
在绘制Z-Q关系曲线时非常复杂，需同时考虑水位过程线和Z-V关系线，但是推求的精度很高。
3.3本站水位后移法
3.3.1可行性分析
用连时序法结合水位过程线对1978年草尾河草尾站全年实测流量成果进行分析后得出Z-Q关系为一错综复杂的绳套系列。
从全年的复式绳套结合水位过程可以看出，本站6月上旬受到回水顶托的影响，但在6月末至七月初主要是受洪水涨落的影响，其水位过程线为一完整的洪水涨落过程，绘制的Z-Q曲线是一个较完整的单一绳套，符合水力因素型方法。
本站水位后移法是特征河长法的一种,适用于受洪水涨落影响的河段，符合本站6月25日至7月6日的水情，所以在此使用本站水位后移法合理可行。
3.3.2方法及原理
在特征河长处河段中断面水位、河槽蓄量与下段面流量呈单值函数关系，即可以建立中断面流量与下断面水位的单值关系。
本站水位后移法将本站测流时间后移一个时段的水位与本站实测流量建立关系，使绳套曲线转化为单一的Z-Q关系线。
后移时间为洪水波在特征河长的传播时间，。
通过不断调整，使得测点紧密合理地分布在单一线两侧。
3.3.3制作步骤
首先，初定后移时间。
定出本站6月末至七月初水位流量的绳套曲线以及水位过程线。
以绳套的谷、峰点为起止点，根据绳套曲线初步定出稳定的的水位流量关系线。
然后在实际Z-Q关系图中涨水段和落水段分别选5个具有代表性的、涨落率较大的测点，在水位过程线上读出各测点的涨落率，同时量出各测点距离稳定的Z-Q关系曲线的水位差，用除以相应的涨落率即为，求出平均值作为后移时间的初试值。
表2草尾河草尾站1978年6～7月本站水位后移法后移时间初定过程
测点
∆Z
dZ/dt
∆T
涨水段
0.320
0.015
21
0.290
0.0125
23
0.280
0.015
19
0.250
0.0165
15
0.175
0.015
12
落水段
-0.085
-0.00835
10
-0.135
-0.00845
16
-0.145
-0.0088
16
-0.210
-0.00965
22
-0.240
-0.01055
23
∆T的平均值
18
其次，利用该初试值把实测流量与实测流量相应的测流时间后移之后的水位，点绘拟合曲线发现后移之后的关系点的为顺时序绳套，说明所取后移时间大于，因此需要将调小。
（若关系点较混乱地分布在单一线两侧、偏差较大并且无论怎么调整后移时间都不能使关系点靠近单一线，可对单一线进行适当调整）经过数次调整后，发现当后移时间为18小时时，实测流量与实测流量相应的测流时间后移之后的水位关系点为单一线，并且符号检验、适线检验、偏离数值检验都能通过，因此最终确定后移时间为18小时。
表3草尾河草尾站1978年6～7月本站水位后移法定线检验统计计算
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
符号
＋
－
＋
－
＋
－
＋
＋
－
适线
1
1
1
1
1
1
0
1
偏离数值
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.014
0.058
0.000
序号
10
11
12
13
14
15
16
17
18
符号
－
＋
－
＋
－
－
＋
－
＋
适线
0
1
1
1
1
0
1
1
1
偏离数值
0.000
0.017
-0.011
0.000
-0.006
-0.005
0.002
0.000
0.005
序号
19
20
21
22
23
24
25
26
27
符号
－
＋
＋
＋
－
－
－
＋
－
适线
1
1
0
0
1
0
0
1
1
偏离数值
-0.010
0.013
0.025
0.033
-0.028
-0.026
-0.009
0.000
0.000
1.符号检验
公式：
“+”的个数n+=13，“”的个数n-=14，K=Max{n+，n-}=14
<1.96，接受原假设，定线合理，通过。
2.适线检验：
公式：
u=
“1”的个数为19，“0”的个数为7，K=19
，接受原假设，定线合理，通过。
3.偏离数值检验：
<，故定线合理，通过。
所以，本站水位后移法
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