[发明专利]利用距平残差识别河道调整对水位影响幅度的方法

权利要求书

1.一种利用距平残差识别河道调整对水位影响幅度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.消除回水顶托影响，确定河段进口的多年平均水位～流量函数关系，包括：

步骤1.1针对目标河段，收集该河段n年的水文观测资料，包括河段进口水文站的日均流量、水位观测资料与河段出口水文站的日均水位观测资料，n≥10；

步骤1.2用河段进口测站所有的日均流量和水位观测资料，以多项式的形式拟合出均匀流水位流量函数关系I，将所有的实测日均流量资料代入此函数关系I中，得到均匀流函数关系计算水位系列记为Z′_0i；

步骤1.3确定以进口流量Q和出口水位Z₁为自变量，进口水位Z₀为因变量的函数关系，记为非均匀流水位流量函数关系II；

步骤1.4将所有的实测进口日均流量Q_i、出口日均水位Z_1i代入函数关系II中，试算得到非均匀流的进口水位系列Z″_0i；

步骤1.5将Z′_0i与Z″_0i分别作为x，实测进口日均水位Z_0i作为y，以直线y＝x进行线性拟合，比较拟合决定系数R²的大小；R²越接近于1，则说明该计算水位与实测水位的相关度越高，残差越小；若Z′_0i与Z_0i的相关度大于Z″_0i与Z_0i的相关度，则说明下游站水位对上游站水位的顶托作用不大，可采用函数关系I作为多年平均水位～流量函数关系；反之，则说明下游水位涨落对上游有明显影响，采用函数关系II作为多年平均水位～流量函数关系；

步骤2根据实测流量水位值以及多年平均水位～流量函数关系计算特征流量下的水位残差，包括：

步骤2.1结合通航标准、断面形态特征及历年来流情况选定特征流量级，并确定该特征流量级允许的变幅区间；

步骤2.2以每年的实测流量Q_m和水位Z_0m为对象，m表示日期，对于每个特征流量级，筛选出各年内满足其变幅区间的实测流量，分别代入多年平均水位～流量函数关系中，计算得到相应的计算水位，进而确定变幅区间内任意实测流量Q_m当天的水位残差；

步骤2.3以各特征流量级为对象，将其变幅区间内的各日均残差δ_m按日期由小到大排序，以年份为基准将残差分组，对于任意一年，日均残差求算术平均值即为年均残差；

步骤3以年份为横轴，年均残差为纵轴，在坐标平面内绘制特定流量级下的年均水位残差随时间的变化图，并基于该变化图识别出特定流量级下水位变化的年际特征，进而得到第N年至第M年期间的水位累积变幅ΔZ；

步骤4河床冲淤与糙率因素影响作用的量化分析，包括：

步骤4.1收集区间河段内n年的河道年冲淤量，具体可细分为枯水河槽、基本河槽、平滩河槽及洪水河槽对应的冲淤量，与枯水、中水、平滩、洪水特征流量一一对应；

步骤4.2针对某一特征流量级，将历年河道冲淤量累加，计算初始年份至各年的累积冲淤量D_m，在坐标平面内点绘历年年均水位残差与累积冲淤量D_m关系，若二者相关度R²超过0.5，则可以认为河床冲淤是导致水位变化的主要因素；

步骤4.3对于某一个确定的特征流量级，将每一年的河道年冲淤量除以河段长度并除以该特征流量对应水位下的河道平均宽度，得到历年的河道平均冲淤厚度，第N年与第M年期间的历年冲淤厚度累积值即为河床冲淤导致的该特征流量下水位累积变幅分量ΔZ_b；

步骤4.4第N年至第M年期间的水位累积变幅ΔZ与水位累积变幅分量ΔZ_b相减，即为第N年至第M年期间的糙率调整导致的该特征流量下的水位累积变幅分量ΔZ_r；

步骤5重复执行以上步骤2～4，即可得到河床冲淤与糙率调整各自引起的各特征流量级下水位累积变幅分量ΔZ_b与ΔZ_r，从而确定河道调整对水位影响幅度。