涇河張家山站水位流量關(guān)系分析

王曉斌（陜西省水文水資源勘測局張家山水文站陜西涇陽713701）

涇河張家山站水位流量關(guān)系分析

王曉斌
（陜西省水文水資源勘測局張家山水文站陜西涇陽713701）

涇河張家山站設(shè)立于1932年1月，1997年以后受涇惠渠張家山水庫影響，水位流量關(guān)系有所變化，本文經(jīng)過分析水位流量的關(guān)系變化提出解決方案，使該站流量測驗強度減小，工作效率提高。

水文站；水位流量關(guān)系；分析

張家山水文站為涇河下游干流控制站，系一類精度水文站，國家重要站，中央報汛站。1932年1月由民國陜西省水利局設(shè)立，1952年6月測驗斷面下遷3000m站名為張家山（二）站。站址位于陜西省涇陽縣王橋鎮(zhèn)岳家坡村趙家溝，東經(jīng)105°36′，北緯34°38′，集水面積43216km2，控制河長397km，河流平均比降2.78‰，距河口里程58km。該站流量測驗仍需要測控其變化過程，20年來年均流量測次121次，測驗任務(wù)繁重。通過對該站水位流量單值化分析，對于減輕測驗任務(wù)、簡化資料工作真正實現(xiàn)巡測都具有重要意義。

1　測驗河段概況

張家山水文站現(xiàn)測驗河段較順直，復(fù)式河槽，沙石、膠泥河床。兩岸均為黃土崖，高約30m。基本斷面上、下游各300m處，均有彎道?；舅邤嗝婕媪魉賰x測流斷面及浮標(biāo)中斷面，上、下浮標(biāo)斷面間距200m。水位流量關(guān)系為單一線或繩套曲線。洪水測驗流速儀易受柴草影響?；緮嗝嫔嫌?500處有涇惠渠張家山水庫，基本斷面以上1200m處有涇惠渠沉沙池。

2　水位流量關(guān)系特性

張家山洪水主要來源于景村站以上干支流洪水。洪峰陡漲陡落，含沙量大，沙峰滯后于水峰。水位流量關(guān)系多呈繩套曲線。

張家山（二）斷面以上3200m處有涇惠渠張家山水庫，設(shè)計總庫容986萬m3，興利庫容427萬m3，調(diào)洪庫容550萬m3，死庫容83萬m3。豐水期，平均泄洪流量200m3/s，最大泄洪600m3/s，較大洪水時提閘暢流。

收集1932年-2013年張家山洪水要素資料發(fā)現(xiàn)，1997年以前張家山洪峰漲洪比較緩慢，一般都在3小時～5小時以上，落水也在2天～3天以上，且較為緩慢，而1997年以后漲洪一般都在1小時左右，受涇惠渠張家山水庫泄洪，水位快速上漲，一般很難測到漲腰。其后，受涇惠渠攔蓄和沖沙調(diào)節(jié)，張家山站水位變化猛烈時而上漲時而下落，直至本次洪水大部分洪水消退，才予以平穩(wěn)變化。

當(dāng)前，張家山站按照《陜西省水文水資源勘測局水文測驗任務(wù)書張家山（二）水文站》（2013年1月1日）規(guī)定洪峰標(biāo)準1.5m，每遇上游來水較大，涇惠渠張家山水庫調(diào)節(jié)泄洪，均能使張家山站斷面水位變幅超過1.5m，造成了張家山站流量測驗頻繁。例如2013年7月份，張家山水文站共出現(xiàn)一個復(fù)式峰，測流53次，減少測流次數(shù)，降低職工工作強度顯得很為迫切。

3　水位流量關(guān)系變化分析

從《中華人民共和國水文年鑒（黃河流域水文資料）》收集1993年～2013年21年張家山水文站實測流量成果，發(fā)現(xiàn)年實測流量測次最多為2003年193次，最少為1993年80次，平均121次。繪制1993年～2013年張家山站水位流量關(guān)系圖，其水位流量關(guān)系曲線距中心線誤差最高達20%，顯然不能合并定線，見圖1。

從《中華人民共和國水文年鑒黃河流域水文資料》收集近60年張家山水文站實測大斷面資料，繪制張家山水文站1953年至2013年大斷面圖，見圖2。

圖1　涇河張家山水文站歷年水位流量關(guān)系圖

從歷年大斷面套繪圖3可以看出，河道主流穩(wěn)定，河道比降大、水流湍急，深泓點變化不大，河床主河槽逐年沖刷降低，但幅度不大。同時對一年中洪水引起的斷面變化進行分析，為此繪制臨近的2013年全年實測大斷面圖，并計算其全年斷面變化情況。經(jīng)計算2013年涇河張家山站大斷面面積，發(fā)現(xiàn)水位變化420.25m～424.98m，水位422.25m相應(yīng)流量202m3/s時斷面面積變化為2.96%，小于3%，可見面積變化對水位流量關(guān)系的變化影響不大，張家山站水位流量關(guān)系變化主要受洪水漲落影響，在漲落水過程中因洪水波傳播引起不同的附加比降，使斷面流量與同水位下穩(wěn)定流流量相比，呈現(xiàn)有規(guī)律的增大或減小。

圖2　涇河張家山（二）站1953-2013年實測大斷面圖

圖3　涇河張家山站受洪水漲落影響下的水位流量關(guān)系

自1997年涇惠渠張家山水庫運行以來受遇洪水泄洪調(diào)節(jié)影響，張家山（二）斷面水位起漲和降落都很迅速，又受測流的時限影響，最終使根據(jù)實測確立的水位流量關(guān)系呈階段性單一曲線，見圖3。

由以上可以看出，目前張家山水文站斷面洪水變化劇烈，近年來每年水位流量關(guān)系呈多條單一線。水位流量變化規(guī)律已經(jīng)掌握，需要將繁重的流量測驗進行簡化。

4　水位流量測驗簡化分析

張家山站近21年平均每年測流121次，受涇惠渠張家山水庫泄洪影響，洪水呈迅速上漲，迅速降落的特點，按照目前的測驗任務(wù)，在水位流量關(guān)系線減少的情況下，流量測驗次數(shù)卻仍然很多。例如2013年僅兩條水位流量關(guān)系線，而測流次數(shù)就達125次之多。

《河流流量測驗規(guī)范》GB50179-2015第4.1.4條對流量測驗次數(shù)規(guī)定為：“水文站一年中的測流次數(shù)，應(yīng)根據(jù)高、中、低各級水位的水流特性、測站控制條件、測驗精度，定線推流要求，以及需求等綜合確定，能夠準確掌握各個時期的水情變化，合理控制各級水位和水情變化過程轉(zhuǎn)折點。當(dāng)發(fā)生洪水、枯水超出歷年實測流量的水位時，應(yīng)對超出部分增加測次?！睋?jù)此對張家山站水位流量關(guān)系分析，以減少流量測次。

根據(jù)張家山站1993～2013年以來實測的21年流量資料進行分析研究，全年流量資料采用臨時曲線法（多條單一線法）整編，水位流量關(guān)系曲線為多線條，歷年間互相交織。

我們依2013年水位流量關(guān)系為依據(jù)，該年張家山站共定線兩條，對其進行合并定線，并推流。發(fā)現(xiàn)合并定線后推流月最大誤差達14.66%，年誤差達7.59%均超過《水文巡測規(guī)范》所規(guī)定的范圍，合并定線不能起到簡化測驗的作用。

但是通過圖3可以看出，張家山站水位流量關(guān)系受其漲落猛烈歷時短影響在一次漲水過程中相對穩(wěn)定，而在多次漲洪中會出現(xiàn)一部分洪峰過程水位流量關(guān)系相同，另外一部分相同，而且來回交織。據(jù)此，對張家山站流量測驗簡化提供了依據(jù)。在目前尚不能單值化水位流量關(guān)系之前，對流量的簡化測驗是很有必要的。根據(jù)以上分析只要在穩(wěn)定的水位流量關(guān)系段，按水位級分布測點已能滿足水位流量關(guān)系定線要求。

《水文巡測規(guī)范》（SL195-97）規(guī)定：各類精度的水文站，有10年以上資料，經(jīng)分析論證實測流量的水位變幅已控制歷年（包括大水、枯水年份）水位變幅80%以上，各相鄰時段的曲線之間的最大偏離不超過高水4.0%、中水5.0%的允許誤差范圍者可實行檢測。《河流流量測驗規(guī)范GB50179-2015》規(guī)定：流量測次能夠準確掌握各個時期的水情變化，合理控制各級水位和水情變化過程轉(zhuǎn)折點。

依據(jù)以上規(guī)定結(jié)合張家山站洪水特性，張家山目前斷面穩(wěn)定，在其水位流量穩(wěn)定段測流不少于10次就行。而像2013年水位流量關(guān)系為兩條單一線，僅需要測流20-30次左右就能滿足當(dāng)年的水位流量關(guān)系定線推流工作。具體做法是：使用相鄰時段的水位流量關(guān)系進行推流，按水位級進行測流，當(dāng)發(fā)現(xiàn)水位流量關(guān)系變化時再重新確定水位流量關(guān)系依次采用檢測，按水位級分布，減少測流工作量。

5　結(jié)論

張家山站斷面控制良好，受涇惠渠張家山水庫調(diào)節(jié)，洪水漲落猛烈且歷時較短，作為一類站目前水位流量單值化還無法達到要求。但是張家山站完全滿足水位流量關(guān)系線穩(wěn)定段進行檢測的要求，因此建議張家山水文站在以后的流量測驗工作中，擬采用按水位級分布流量測次，穩(wěn)定段流量測次不少于10次即可，而沒有必要每次都按水峰布置測次，這樣將大大減輕張家山站測流次數(shù)，降低了職工工作強度，滿足了張家山站作為國家重要站、一類站的水位流量推流要求。陜西水利

（責(zé)任編輯：王劍）

引漢濟渭工程

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