地理学报 ›› 2022, Vol. 77 ›› Issue (3): 635-649.doi: 10.11821/dlxb202203010
收稿日期:
2021-02-22
修回日期:
2021-12-30
出版日期:
2022-03-25
发布日期:
2022-05-25
作者简介:
申红彬(1981-), 男, 河南安阳人, 博士, 讲师, 主要从事水文学、河流动力学方面的研究工作。E-mail: hongbinshen2012@163.com
基金资助:
SHEN Hongbin1(), CAO Bing2, WU Huali3, QIAO Wei3
Received:
2021-02-22
Revised:
2021-12-30
Published:
2022-03-25
Online:
2022-05-25
Supported by:
摘要:
对于多沙河流或河段,水沙关系模型多表示为考虑来水含沙量的幂律函数形式:Qs=KSuaQb,本质反映了河道的不平衡输沙规律,模型参数变化主要受到河道边界条件的影响。河段距离作为反映沿程空间尺度的一个重要指标,对模型系数K与指数a、b具有重要的影响。以黄河下游河道为研究对象,分析研究了模型系数K与指数a、b随河段距离的变化规律与计算方法,并用于黄河下游河道输沙沿程变化模拟。模型参数变化规律分析表明:指数a随河段距离的增大而减小,两者呈指数负相关关系;系数K随河段距离的增大而减小,且与指数a呈指数正相关关系;指数b随河段距离的增大而增大,且与指数a呈线性负相关关系,两者之和约为2.0。通过建立模型系数K与指数a、b随河段距离变化的计算表达式,构成了考虑来水含沙量的水沙关系模型的参数条件补充方程。对黄河下游河道输沙沿程变化模拟结果表明,黄河下游河道沿程含沙量的计算值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R2值可以达到0.96,Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在0.93以上,模拟效果良好。研究结果有助于深入认识考虑来水含沙量的水沙关系模型参数的物理意义与探索模型参数的确定方法。
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表2
黄河下游河道不同河段模型参数
河段 | 距离(km) | 模型参数 | 模型效果指标 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
系数K | 指数a | 指数b | R2 | NSE | ||||
基本河段 | 花园口—高村 | 177.9 | 0.38* | 0.81* | 1.21* | 0.978 | 0.975 | |
高村—艾山 | 182.1 | 1.05* | 0.84* | 1.06* | 0.978 | 0.977 | ||
艾山—利津 | 269.6 | 0.52* | 0.95* | 1.11* | 0.984 | 0.980 | ||
扩展河段 | 花园口—艾山 | 360.0 | 0.46+ | 0.68+ | 1.24+ | 0.954 | 0.949 | |
花园口—利津 | 629.6 | 0.25+* | 0.65+* | 1.35+* | 0.919 | 0.890 | ||
高村—利津 | 451.7 | 0.54+ | 0.79+ | 1.17+ | 0.956 | 0.946 |
表3
黄河下游河道不同河段模型参数计算值
河段 | 模型参数 | 刘月兰等[ (1987年) | 赵业安等[ (1989年) | 吴保生等[ (2007年) | 本文 (2021年) | 他人研究 参数平均值 | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
汛期 | 非汛期 | 汛期 | 全年 | 汛期 | 全年 | |||||||||
不漫滩 | 漫滩 | |||||||||||||
花园口—高村 | 系数K | 0.46 | 5.40 | 0.39 | 0.55 | 0.38 | 0.44 | 0.61 | 1.27 | |||||
指数a | 0.76 | 0.76 | 0.49 | 0.76 | 0.81 | 0.81 | 0.88 | 0.73 | ||||||
指数b | 1.21 | 1.16 | 1.33 | 1.18 | 1.21 | 1.21 | 1.12 | 1.22 | ||||||
高村—艾山 | 系数K | 0.65 | 0.79 | 0.15 | 0.51 | 1.05 | 1.13 | 0.6 | 0.71 | |||||
指数a | 0.83 | 0.81 | 1.02 | 0.92 | 0.84 | 0.84 | 0.88 | 0.88 | ||||||
指数b | 1.08 | 1.06 | 1.25 | 1.12 | 1.06 | 1.06 | 1.12 | 1.11 | ||||||
艾山—利津 | 系数K | 0.43 | 0.43 | 1.23 | 0.6 | 0.52 | 0.57 | 0.49 | 0.63 | |||||
指数a | 1.00 | 1.00 | 1.13 | 0.96 | 0.95 | 0.95 | 0.83 | 1.00 | ||||||
指数b | 1.09 | 1.09 | 1.21 | 1.09 | 1.11 | 1.11 | 1.17 | 1.12 |
表4
黄河下游河道沿程模型参数计算值
距离断面 (km) | 方案1(花园口起点) | 距离断面 (km) | 方案2(高村起点) | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
水文站 | 系数K | 指数a | 指数b | 指数c | 水文站 | 系数K | 指数a | 指数b | 指数c | ||
0 | 花园口 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.00 | 0 | 高村 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 0.00 |
100 | — | 0.75 | 0.93 | 1.07 | 0.07 | 50 | — | 0.87 | 0.97 | 1.03 | 0.03 |
100.8 | 夹河滩 | 0.75 | 0.93 | 1.07 | 0.07 | 100 | — | 0.75 | 0.93 | 1.07 | 0.07 |
177.9 | 高村 | 0.61 | 0.88 | 1.12 | 0.12 | 118.2 | 孙口 | 0.72 | 0.92 | 1.08 | 0.08 |
200 | — | 0.58 | 0.87 | 1.13 | 0.13 | 150 | — | 0.66 | 0.90 | 1.10 | 0.10 |
296.1 | 孙口 | 0.46 | 0.81 | 1.19 | 0.19 | 182.1 | 艾山 | 0.60 | 0.88 | 1.12 | 0.12 |
300 | — | 0.45 | 0.81 | 1.19 | 0.19 | 200 | — | 0.58 | 0.87 | 1.13 | 0.13 |
360 | 艾山 | 0.39 | 0.78 | 1.22 | 0.22 | 250 | — | 0.51 | 0.84 | 1.16 | 0.16 |
400 | — | 0.36 | 0.76 | 1.24 | 0.24 | 283.9 | 泺口 | 0.47 | 0.82 | 1.18 | 0.18 |
461.8 | 泺口 | 0.31 | 0.72 | 1.28 | 0.28 | 300 | — | 0.45 | 0.81 | 1.19 | 0.19 |
500 | — | 0.29 | 0.70 | 1.30 | 0.30 | 350 | — | 0.40 | 0.78 | 1.22 | 0.22 |
600 | — | 0.24 | 0.66 | 1.34 | 0.34 | 400 | — | 0.36 | 0.76 | 1.24 | 0.24 |
629.6 | 利津 | 0.22 | 0.64 | 1.36 | 0.36 | 451.7 | 利津 | 0.32 | 0.73 | 1.27 | 0.27 |
700 | — | 0.20 | 0.61 | 1.39 | 0.39 | 500 | — | 0.29 | 0.70 | 1.30 | 0.30 |
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