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水文流量资料分析及处理

附录C

（资料性附录）

流量资料分析及处理

C.1河道流量及水位流量关系

C.1.1河道流量指单位时间内通过河渠某一过水断面的水体体积。

河道流量资料整编是水文

资料整编的一项重要工作。

要完整、准确推算河道流量，必须结合测站特性，在分析河道水

位流量关系的基础上，选择适宜的流量推算方法。

C.1.2水位流量关系指河渠中某断面的实测流量与其相应水位之间所建立的相关关系，是推

算河道流量的主要依据，相应水位一般指基本水尺断面水位。

C.1.3天然河道上，水位流量关系受各种不同水力因素的影响，关系及变化是复杂的。

主要

分稳定的，不稳定的两类。

稳定的水位流量关系为单一线，断面稳定、控制良好；不稳定的

水位流量关系指水位与流量间关系不呈单值函数关系，断面不稳定，受断面冲淤、洪水涨落、

变动回水或其他因素的个别或综合影响。

C.1.4稳定的水位流量关系

a）稳定的水位流量关系应是同一水位只有一个相应流量，其关系呈单一曲线，并应满足曼宁公式。

?

?

?

=

1

2

1

（C.1）

3

2

?

?

?

?

?

?

Q=A?

?

（C.2）

式中

Q——流量，m3/s；

A——断面面积，m2；

—?

—断面平均流速，；

?

?

m/s

n——河床糙率；

R——水力半径，m，通常用平均水深?

?

代替；

s——水面比降。

b）水位流量关系维持稳定，必须具备下列条件之一：

1）断面面积、水力比降和糙率等水力因素在同一水位时，维持不变；

2）在同一水位时，上述各因素虽有变动，但其变动对水位流量关系的影响可以互相补

偿。

c）对于测站控制良好，各级水位流量关系都保持稳定的测站，且定线允许误差符合本

标准要求的，可采用单一曲线法定线推流。

C.1.5受冲淤影响的水位流量关系

a）水位流量关系受到冲淤变化的影响，使过水断面面积发生变化，从而影响水位流量

关系。

冲淤现象是复杂的，从冲淤发生时间的持续性分为经常性冲淤和不经常性冲淤；从冲

淤前后过水断面面积变化情况分为普遍冲淤和局部冲淤。

受经常性冲淤影响，测点分布散乱；

受不经常性冲淤影响，测点随时间分布成几个相对稳定的带组；受普遍冲淤影响，测点分布

呈纵向平移；受局部冲淤影响测点分布无规律。

b）受冲淤影响的测站，定线推流前应进行断面分析工作。

c）受冲淤影响的测站可采用临时曲线法、改正水位法、连时序法等定线推流。

C.1.6受变动回水影响的水位流量关系

a）由于测流断面下游水体水位的变化，使测流断面的比降发生变化，继而引起流量的

变化，使水文流量关系点分布散乱。

与不受回水顶托影响比较，同水位下的流量偏小。

受变

动回水的测站应重点关注河段上下游落差及水面比降变化，作为分析水位流量关系的主要因

素。

产生回水变动的原因一般有：

支流测站受干流涨水的顶托；干流测站受下游支流涨水的

顶托；下游水库、湖泊和海洋等水体水位的变化引起的顶托；下游渠道闸门的启闭；下游河

道壅水或水草丛生的阻力及冰凌壅塞等。

b）受冲淤影响的测站一般采用落差法、临时曲线法、连时序法、连实测流量过程线法

等定线推流。

C.1.7受洪水涨落影响的水位流量关系

a）受洪水涨落影响时，由于洪水波产生附加比降的影响。

使洪水过程的流速与同水位

下稳定流时的流速相比，涨水时流速增大，流量也增大；落水时，则相反。

即涨水点偏右，

落水点偏左，峰、谷点居中间。

若依时序连接各点，则形成以峰、谷点连线为轴线的逆时针

方向的绳套曲线。

孤立的洪峰形成单式绳套；出现连续洪峰时，形成复式绳套。

洪水的涨落

率是分析水位流量关系的主要因素。

b）受洪水涨落影响的测站一般可采用绳套法、校正因素法等定线推流。

C.1.8受混合因素影响的水位流量关系

a）受冲淤、变动回水、洪水涨落等混合影响的水位流量关系是较为复杂的。

由于各种

因素影响的作用不同，随时间和水情的变化，影响的程度也会发生变化，影响因素还可能相

互转换。

因此，水位流量、水位面积、水位流速关系均不稳定，关系点的分布是散乱的。

b）一般可采用连时序法、连实测流量过程线法定线推流。

C.2水位流量关系单值化处理综合落差指数法

C.2.1落差代表性分析

a）落差的代表性是落差指数法应用的关键因素之一。

辅助水尺的水位是计算落差的依

据，辅助水尺的位置是否恰当，关系到落差的代表性。

因此，辅助水尺设置的合理范围和最

优位置，要经过分析论证确定。

b）受变动回水影响为主的辅助水尺设在测流断面下游，受洪水涨落影响为主的设在上

游，同受两种因素共同影响的在上下游各选择一组水尺比较理想，受上下游支流或湖泊水位

影响的在支流或湖泊的适当位置设置辅助水尺。

落差水尺与基本水尺间距在20～40km为宜。

c）可先从单一辅助水尺较简单情况下进行综合模型分析，判断其辅助水尺落差的代表

性，然后通过辅助水尺的增减和不同的综合落差优化组合，从中选择代表好的辅助水尺，并

确定辅助水尺的组数。

C.2.2各辅助水尺落差权重系数的确定

a）确定落差系数的方法有距离加权法、流量加权法、试错法和变落差系数法。

其中变

落差系数法，采用水位的函数来表示落差系数，

该法能够很好的反映不同水位级下辅助水尺

落差对水位流量关系的影响程度。

b）在综合落差指数法模型中，共有七组参数

k1、k2、km1、km2、km3、km4、β。

辅助

水尺确定后，综合模型处理过程就是对七组参数的设置与计算。

km1、km2、km3、km4为辅

助水尺的落差权重系数，当单一落差时，km2、km3、km4为0，km1一般取1或某一常数或

某变量km1=f（Z0）或km1

=f（Zm1）。

c）当辅助水尺采用二组或三组或四组时

km1、km2、km3、km4一般采用距离加权求得，

绝大多数情况采用试算，

km1至km4可以是常数也可以是变量函数

kmn=f（Z0）或kmn=

f（Zmn），其中n=1、2、3、4。

C.2.3落差指数β的确定。

落差指数β可分为固定落差指数和变动落差指数。

a）固定落差指数可按以下方法确定：

1）若校正流量因素和水位有较好的关系，可按公式（C.4）计算：

lnQ=lnq+βln（?

Z）（C.4）

2）根据测站水位流量关系曲线，按水位级均匀选取5～10个水位，在关系线上读取同

水位下的最大流量?

?

、最小流量?

?

，计算出对应的综合落差?

?

?

、?

?

?

，并按公式

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

12

（C.5）计算出相应水位级的

β。

β=

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

-?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

（C.5）

-

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

取算数平均值β，然后在（初

0.5β，1.5β）内采用试错法挑选最优的

初初

β值。

3）经验法试算确定，根据长江干流测站分析，落差指数法的变化区间一般在（

0.4，

0.8）之间，可以直接在该范围内试算确定最优的β值。

当采用固定落差指数时，若水

位～校正流量因素关系曲线上，有一部分点偏离且呈规律性的变化，可找出落差指数

与水位、落差等的定性关系，根据关系采用分段落差指数法。

b）变动落差指数的确定：

当采用固定落差指数法出现水位～校正流量因素关系曲线点

据不集中或局部散落的情况，以至于不能达到单值化要求时，可考虑变动落差指数法。

利用典型年资料建立β与lg?

Z关系曲线，并根据曲线查读β，计算出校正流量因素，绘制变动落差指数的水位～校正流量因素关系曲线，进行推流整编。

c）落差指数β的确定，在长江干流、洞庭湖区绝大多数测站采用常数0.5，有个别站采用0.4，β一般通过试算得到，采用变动值对方案精度没有明显提高时，一般采用固定值为

宜。

C.2.4利用k1和k2处理顺逆流

断面出现逆流或顺逆不定时，辅助水尺可能同时出现负落差。

综合落差指数法可通过拟

合k1和k2，进行单值化处理。

k2为综合落差改正系数，当综合落差Zm为负值时，取k2为负值，将k2Zm改变为正值，便于指数运算；当Zm为正值时，取k2为正值。

k1为负流量的改正

系数，负流量时k1为负，可将负流量改为正值与正流量合并定为一条正负流综合线。

通常k1

为一个随基本水位变化的变动系数，通过曲线拟合，

k1=f（Z0）。

当流量为正时k1

=1。

C.2.5提高落差代表性的典型示例

在分析湖区A站综合落差指数法模型时，不论各参数如何优化，

总是出现涨水面校正流

量点偏大、落水面校正流量点偏小的现象。

按涨落水分别定线，形成明显的两个系列。

造成

这种现象的原因可能是下游辅助水尺

B站与A站两者之间距离过短，辅助水尺落差代表性不

好，若将辅助站下移5至10公里为佳。

通过对辅助水尺站水位向前平移

0.5小时、1小时、

2小时、3小时四组数据进行试算优选，

0.5小时时间太短、

3小时使校正流量点偏离过度，

而1小时为适合，涨落水面测点带状分布较窄、标准差减小。

通过A站分析示例可见，对于位置不当的辅助站，

将辅助水尺站水位观测时间向前或向

后移动一个时段，也就是向上游或向下游虚拟调整辅助站位置，

能使测站的综合模型获得较

好效果。

C.2.6综合落差指数法应用说明

综合落差指数法在实施过程中应根据测站特性，分析其适用范围，补充预备措施。

主

要注意以下几点：

a）均匀布置测次的同时，应增加高水的测次；

b）须在较大洪水绳套的涨水面、落水面、转折点布置一定测次；

c）水位超出分析资料的最高最低水位区间时，要恢复现行常规测流方法，以免漏测洪峰流量和枯水流量；

d）当水流特性发生重大改变时，应恢复现行常规测流方法，待单值化方案重新修订并达到各项技术要求时，再重新按单值化方案测流；

e）绘制水位～校正流量因素关系曲线时，若发现偏离历年水位～校正流量关系曲线

较大时，应恢复现行常规测验方法，并分析原因。

C.2.7综合落差指数法示例

现以

C站综合模型方案为例介绍综合落差指数法分析过程。

湖区

C站的水位流量关系非

常复杂，此站综合落差指数法方案中采用四个辅助站，

C1

站水位

Z1主要反映沅水来水量；

C2站水位Z2反映西洞庭湖湖泊水位；

C3站水位

Z3反映湘水和长江水顶托影响；

C4站水位

Z4

反映南洞庭湖湖泊水位和资水顶托影响。

C站的综合落差指数法参数如下：

Zm=Km1×Zm1+Km2×Zm2+B0

（C.5）

Zm1

=

Z1

-

Z3+0.75

（C.6）

Zm2

=

Z2

-

Z4+0.33

（C.7）

Km1

=

5.8-

0.24×Z0+0.002×Z02

（C.8）

Km2

=

-3.4

+0.15×Z0-0.001×Z02

（C.9）

β=-5.8

+0.39×Z0-0.006×Z02

（C.10）

方案的权重系数和落差指数均采用变动系数，是基本水位Z0的函数。

用单站落差做水位流量相关程度分时，呈现Z1、Z3低水相关程度较好而高水相关程度较

差，Z2、Z4低在低水期相关程度较差，高水期反而好一些，四组辅助水尺与C站实测流量均

存在相关关系，最终选择Z1与Z3落差为Zm1，Z2与Z4落差为为Zm2，低水时Km1大Km2小，高

水时Km1小Km2大，采用时Km1和Km2变动值后，得到的综合模型方案其精度较高。

从C站

综合落差指数法分析过程可以看出，在确定落差权重系数时应根据各个测站特性和水情变化

规律灵活运用。

C站β值是基本水位Z0的函数，是二项式函数，其低水和高水期偏小，中水期偏大，在

0.4～0.58～0.45之间变化，之所以采用变动指数，主要是对水位校正流量关系线线型进行

改正。

因该站水位校正流量关系线不是二次抛物线，而是三次以上的抛物线，即常说的“S”

型，这与水位流量关系线特性不符，可用β的变化来改正，使水位校正流量线趋势合理。

C.3水位流量关系定线检验

C.3.1水位流量关系曲线的检验是流量资料整编的重要内容，是保证流量整编资料质量的必

须要求。

水位流量关系四种检验是国际标准ISO1102/2中，对水位流量关系曲线推荐的四种

检验。

C.3.2符号检验是检验所定水位流量关系曲线两侧测点的数目均衡分布的合理性，如水位变

幅大，各级水位都有足够实测点，可以分2级（高水与中、低水）检验；适线检验是检验测

点按水位序列偏离关系曲线正负符号的排序情况；偏离数值检验是检验测点与关系线间平均

偏离数值；学生氏t检验是检验原定水位流量关系曲线有没有发生变化，从而判别继续使用

还是重新确定水位流量关系曲线。

C.3.3四种检验都是对随机变量来作的“假设检验”，即先作一定的假设，通过样本资料来检

验这个假定是否成立。

经统计计算，其计算值小于临界值者，认为接受假设，即所定水位流

量关系曲线是合理的；反之，拒绝假设，应对所定水位流量关系曲线进行修正。

C.4潮流量资料分析

C.4.1潮流与潮汐要素关系分析

a）潮差与潮流关系。

根据多年来各种类型潮流资料的分析，潮差变化反映了潮流变化，

与内在多种要素密切相关，如涨、落潮最大（最小）流速或流量、平均流速或平均流量、潮

量等关系都较好，视测站受不同因素影响而反映其关系的特点。

以潮流控制为主的强潮区，涨潮流潮差与平均流速或平均流量关系更为密切。

对于受

上游来水影响，涨、落潮流最大、最小流速通常在相应高潮和低潮前出现的现象因来水量不

同而不固定发生，且历时亦发生较大变化。

因此，潮差与潮流要素关系的建立必须综合参数

一并加入考虑。

b）其他潮汐要素与潮流关系。

高（低）潮位（或高潮和低潮的平均潮位）、涨（落）潮

憩流水位及出现时间，上下游相邻潮水河站高（低）潮位差（或本站与上游无潮河站相应水

位差）等潮汐要素反映了潮流强度的大小或上游来水量的多少以及潮流历时的长短等，且它

们之间关系亦密切。

c）上游来水对潮流影响及处理。

上游来水多，则使低潮位抬高，涨落潮潮差减小；落潮

憩流的出现时间退迟，落憩水位亦抬高；涨潮憩流的时间则提前，涨潮流历时缩短，潮流强

度亦减弱；落潮流历时则加长，流速亦相应增强。

上游来水少，则反之。

为消除上游来水对潮流的影响，除采用潮差作为主要相关因素外，还须根据测站的特性，

选择一个或多个其它潮汐要素作为参数进行改正，改正应用如下：

1）可采用涨落潮憩流水位作为改正参数，也可用有效波高或有效潮差（落潮憩流至高

潮以及涨潮憩流至低潮的潮位差）代替涨落潮潮差，作为与潮量（或平均流量）相关的主要

因素。

2）可采用平均有效波高或平均有效潮差（高潮和低潮与前后相邻的落潮憩流和涨潮憩

流的潮位差的平均值）代替涨落潮潮差作为相关因素。

3）除潮汐要素与平均流量关系外，潮流历时亦可作为改正参数。

4）可采用全潮（周潮）潮汐要素建立相关关系，不管来水量多少，全潮潮量或平均流

量或（与全潮平均流量建立相关获得）日平均流量与落差在不同潮期存在密切关系；

5）高（低）潮位或潮差或有效波高与最大最小流量有关系，关系不稳定时，可加入潮

期平均低潮位差或高潮位差作为参数加以改正。

C.4.2感潮闸坝影响出流流量的水力因素分析

感潮闸坝开闸期间，因受潮汐涨落变化、上游来水和闸坝调节控制等影响，水流情况较

复杂。

影响出入流的主要水力因素有：

a）有效波高：

引水时为高潮位与开闸开始水位之差，排水时为开闸开始水位与低潮位

之差。

b）高（低）潮位：

反映不同潮汛的潮汐大小和潮流强度。

c）开闸开始水位：

反映受闸门控制情况下，闸上游内河水位的高低。

d）闸门开启情况：

包括开启孔数、高度、宽度等。

如开启情况变化频繁，或e/H（e

为闸门开启高度，H为上游水头）变幅较大，则应将这些闸坝的特殊因素加以考虑。

C.4.3几种定线推流方法的进一步说明

a）合轴相关法：

由于涨落潮的不同影响，其主要因素的内在联系亦有明显不同。

其整

编曲线应分别以涨落潮潮差作为主要因素与涨落潮平均流量相关；涨潮流以本站高潮位、本站高潮位与上游站相应高潮水位差作为参数进行改正；落潮流则以上游站低潮位、上游站低

潮与本站相应低潮的水位差作为改正参数。

根据不同潮期的整编曲线，按涨落潮分别推流。

b）定潮汐要素法。

根据无潮河流流量整编定落差法的基本原理，以某一潮汐要素作为

参数，以潮差（或有效波高）为纵坐标，平均流量为横坐标，建立涨落潮相关曲线，即为定

潮汐要素法。

涨潮流以平均有效波高（或潮差）与涨潮平均流量相关，以本站高潮位作为参数，在某

级高潮位定出相关曲线；

落潮流以落潮潮差与落潮平均流量相关，

并以上游站日平均水位作

为参数，在上游站某级水位定出其相关曲线。

然后根据各实测点相应高潮位或上游站水位分

别进行改正。

推流时，同样按涨落潮分别计算。

定潮汐要素法的另一种定线推流方法是：

1）点绘有效潮差（或称有效波高）Z或平均有效波高h—实测平均流量Q关系。

涨

潮流以本站高潮位ZC为参数，落潮流以上游站低潮位

ZD或日平均水位G为参数，根据实测

点群，涨潮流选择一个

ZC值作为定高潮位（落潮流选择上游站某一低潮位或日平均水位）

，

并通过与定高潮位（或定低潮位、定日平均水位）数值相同或相近的各个测点，绘定

Z（或

h）—Q关系曲线。

2）根据各实测点的有效潮差

Z或平均有效波高

h，在关系曲线上查得定高潮位（或

上游站定低潮位、定日平均水位）的流量

QC，计算Q/QC。

3）初步绘制实测高潮位ZC（或上游站实测低潮位

ZD、日平均水位G）—Q/QC关系曲

线，如测点集中，符合3.4.1.3规定，即可据以推流。

否则应修正定高潮位（或上游站定低

潮位、定日平均水位）的Z（或h）—Q关系曲线，并重复以上步骤，直至符合要求。

4）推流时先根据各个潮流期的有效潮差Z（或平均有效波高h）在关系曲线查出定高潮位（或上游站定低潮位、定日平均水位）的流量QC，再根据相应潮流期的高潮位ZC（或

上游站低潮位ZD、日平均水位G）在关系曲线上查出流量比Q/QC，两者相乘即得平均流量，

再乘以涨（落）潮潮流历时，即得相应潮量。

c）全潮要素相关法：

以上游来水控制为主的弱潮站，其整编推流期可分为纯潮期、潮

洪混合期和洪水期三个阶段。

纯潮期如果潮汐显著、潮流强烈，可选用其它方法进行整编推流；否则，按潮洪混合（上游来水和潮汐混合影响）阶段选用本法进行整编推流。

洪水期的

整编推流方法则无潮河常规方法进行（如连实测流量过程线法或单一水位流量关系曲线法等）。

全潮要素相关法的主要思想是将复杂的潮汐要素关系和整编推流进行简化，分离其潮汐的影响时期和影响因素，以实现不同时期的整编和推流。

潮期的划分或正负流向的判别，可由涨潮潮差与低潮位关系或判断指标涨潮潮势（下游站高潮位减上游站前一低潮位）决定。

根据测站特性，寻求与全潮（周潮）平均流速（流量）密切相关的潮汐要素建立关系，必要

时增加参数加以修正（这种关系通常存在），据此推求逐日平均流量；同时，亦寻求与最大、最小（负值）流速（流量）关系密切的潮汐要素，必要时同样加入参数进行修正，据此推求极值，从而完成整个阶段的整编计算。

C4.4部分断面代表线法

a）采用部分断面代表线法需进行部分断面划分、代表线的分析确定及部分断面面积加

权权重计算。

b）部分断面划分是将复式断面根据测流垂线布置进行的合理分割。

如长江干流控制站

A站，划分为六个单一形状的子断面，见表C.1、图C.1、图C.2。

表C.1

A站部分断面划分表

部分

序号

断面

位置类别

起点距（m）

备

注

号

1

1＃

左边滩

0（左岸）～2000

2

2＃

深槽

2000～2800

3

3＃

深槽

2800～3600

3300～3600

为主航道

4

4＃

深槽

3600～4400

主航道

5

5＃

深槽

4400～5200

4400～4800

为主航道

6

6＃

右边滩

5200～5881（右岸）

20.00

0.0

2000.0

2800.0

3600.0

4400.0

5200.0

5881.0

10.00

0.00

0.0

1000.0

2000.0

3000.0

4000.0

5000.0

6000.0

-10.00

-20.00

-30.00

-40.00

-50.00

-60.00

图C.1A站部分断面划分示意图

3#

0

2700

2900

3100

3300

3500

3700

-5

-10

6

-15

7

-20

8

-25

-30

图C.2A站3#部分断面分析垂线布置

c）部分断面代表垂线的确定：

1）对于图C.2中3#断面，以测量断面时的潮位2.24m为准，按潮位上涨最高至

5.05m，

落潮最低至-0.69m，涨落幅度5.74m

设计25个潮位级，分别设计潮位、断面面积、平均水

深变化过程表（见表

C.