[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

说明书

本发明提供一种利用距平残差识别河道调整对水位影响幅度的方法，包括：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；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；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；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。

技术领域

本发明属于水利水运工程技术领域，具体涉及一种利用距平残差识别河道调整对水位影响幅度的方法。

技术背景

水位是河流水文监测的重要对象。对处于准平衡状态的河流，河道冲淤变形小，特定流量下的水位较为稳定，水位出现几率由流量频率所决定。借助长系列水文观测资料开展频率统计得到防洪设计水位、通航设计水位和航道整治水位，是开展堤防与防洪工程、航道整治和沿岸取水、涉水工程设计的重要依据。

现代河流的水沙过程常被人为干扰，从而引起河道形态或滩地植被发生调整，同流量下水位也将发生相应变化，需要根据水位变幅来调整相应的工程设计参数，许多情况下还需追溯水位变化成因以便通过调控来避免不利变化趋势的发展。尤其是在大型枢纽下游，清水下泄导致河床持续冲刷，水文过程调平导致洪水上滩几率减少，这些都可能引发大范围内洪、枯水位趋势性调整，需要利用简捷、高效、准确的方法量化不同流量下的水位变幅并识别水位变化成因。

以往工程实践中，常用的方法是采用水文站多年的实测流量、水位观测资料，拟合每年的水位～流量关系曲线，再利用该曲线计算得到特定流量下的历年水位值，最后统计历年水位变化来反映特定流量下的时段内水位变幅。该方法涉及重复的曲线拟合和插值计算，工作量较大。

此外，冲积河流中特定河段水位变化常常由下游测站水位变化、区间河床冲淤和糙率调整共同导致，在下游水位涨落影响下水位～流量关系甚至呈现绳套曲线，采用传统方法计算水位变幅不仅精度低、计算量大，而且无法分离各因素的影响，难以识别水位变化的主要成因，无法为水位变化趋势判断和调控等工程实践提供足够支撑。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的是利用距平残差识别河道调整对水位影响幅度的方法，能够有效消除随机因素的影响，拟合工作量小，并且可靠度高。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供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(n≥10)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；

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；