褒河馬道水文站水位流量關(guān)系分析

宋品江

（陜西省水文水資源勘測(cè)局武侯鎮(zhèn)水文站陜西勉縣723000）

褒河馬道水文站水位流量關(guān)系分析

宋品江

（陜西省水文水資源勘測(cè)局武侯鎮(zhèn)水文站陜西勉縣723000）

本文依據(jù)褒流域以及馬道水文站測(cè)站實(shí)況，采用年特征值法對(duì)馬道水文站進(jìn)行了水位級(jí)的劃分，選用2006年～2012年實(shí)測(cè)流量成果中各年最大洪峰過程中149次實(shí)測(cè)流量進(jìn)行綜合定線，結(jié)合歷年水位流量關(guān)系曲線，進(jìn)行誤差分析。在滿足規(guī)范規(guī)定的前提下，實(shí)現(xiàn)水位流量關(guān)系單值化的目的，為該站實(shí)行巡測(cè)提供技術(shù)條件。

水文站；水位級(jí)；水位流量關(guān)系；分析

1　概況

1.1流域概況

褒河為長江支流漢江上游左岸較大支流，位于陜西西南，地跨寶雞、漢中兩市的太白縣、鳳縣、留壩縣、勉縣、漢臺(tái)區(qū)5個(gè)縣。發(fā)源于秦嶺南麓，過江口、馬道，于漢中市孤山村匯入漢江。上游支流發(fā)育，下游支流短小，納大小支流36條，河系上寬下窄。主要支流有黃牛河、太白河、蒿壩河、武關(guān)河、南河、北棧河等。流域內(nèi)建有大（二）型水利工程——石門水庫。

圖1　馬道水文站實(shí)測(cè)大斷面圖

圖2　馬道水文站歷年水位流量關(guān)系綜合曲線圖

表1　褒河馬道站水位～流量關(guān)系綜合曲線檢驗(yàn)計(jì)算表

該流域處于暖溫帶及北亞熱帶，流域內(nèi)植被覆蓋良好，多以闊葉林和針葉林混雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)多以變質(zhì)巖為主。雨量豐沛，多年平均降水量為800mm，降水主要受季風(fēng)影響，時(shí)空分布不均。山溪性河流特點(diǎn)突出，洪水頻繁，洪枯懸殊。

1.2測(cè)站概況

馬道水文站始建于1979年8月，是漢江上游一級(jí)支流褒河的控制站，國家重要水文站，一類精度站。位于陜西省留壩縣馬道鎮(zhèn)，東經(jīng)107°00′，北緯33°25′。流域面積3415Km2，距河口距離41km。目前該站現(xiàn)有的測(cè)報(bào)項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、泥顆、降水等。建站以來實(shí)測(cè)最大流量為5810m3/s（1981年8月18日）。

1.3測(cè)驗(yàn)斷面

測(cè)驗(yàn)河段基本順直，河床為沙卵石組成，斷面穩(wěn)定，高水糙率變化不大，符合穩(wěn)定的水位～流量關(guān)系的基本條件。基本斷面上游2500m處有西溝河匯入，上游500m處有一急彎，對(duì)該站有一定控制作用。測(cè)驗(yàn)河段設(shè)有上比降斷面、基本斷面和下比降斷面，基本斷面和流速儀測(cè)流斷面基本重合，上下比降斷面間距200m。點(diǎn)繪近年實(shí)測(cè)大斷面圖。見圖1

2　流量測(cè)驗(yàn)及歷年水位流量關(guān)系

2.1流量測(cè)驗(yàn)

馬道站洪水主要由降雨產(chǎn)生地表徑流形成，漲落差較大，多呈單式洪峰，水位流量關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定。2013年新建自動(dòng)化纜道一座，流量測(cè)驗(yàn)要求中低水使用纜道測(cè)流，控制洪水過程；高水時(shí)用纜道流速儀法或中泓浮標(biāo)法測(cè)流。按照該站測(cè)驗(yàn)任務(wù)書的要求，流量測(cè)驗(yàn)要求控制洪水過程，造成馬道站流量測(cè)驗(yàn)頻繁，測(cè)驗(yàn)任務(wù)大，年均測(cè)次均在100次以上。

2.2歷年水位流量關(guān)系曲線

馬道水文站在近幾年來水位流量關(guān)系曲線呈單條或多條臨時(shí)（或過度）曲線，低水部分水位流量關(guān)系散亂，中高水部分均為單一線，各年的系統(tǒng)誤差均小于1%，隨機(jī)不確定度均小于8%。為進(jìn)一步簡化工作強(qiáng)度，就該站水位流量關(guān)系進(jìn)行單值化分析，以減少測(cè)驗(yàn)工作量，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)水文巡測(cè)具有重要意義。

3　水位流量單值化分析

3.1分析資料系列的選取

根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL195-2015）以下（簡稱《規(guī)范》）的要求，選用（2006年～2012年）7年連續(xù)實(shí)測(cè)流量資料進(jìn)行分析，該7年資料包括了豐、中、枯水年和不同水情資料，選用實(shí)測(cè)流量成果中各年最大洪峰過程實(shí)測(cè)流量149次（從中水水位開始選取），符合《規(guī)范》“在各水位級(jí)內(nèi)用于計(jì)算誤差的樣本不宜少于30個(gè)”的要求。

3.2水位級(jí)的劃分

根據(jù)《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》GB50197-2015第4.4.2的規(guī)定：對(duì)于一類精度的水文站，水位級(jí)的劃分可采用年特征值法，并應(yīng)符合下列規(guī)定［1］：

1）根據(jù)測(cè)站各年瞬時(shí)最高水位Zm，計(jì)算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為90%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水位，為高水位。

2）根據(jù)測(cè)站各年瞬時(shí)最低水位Zm，計(jì)算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為10%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水位，為低水位。

3）根據(jù)測(cè)站各年日平均水位，計(jì)算頻率和繪制頻率曲線，當(dāng)頻率P為50%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的水位為中水位。

選用馬道站1990年至2011年22年水位特征值資料，采用年特征值法劃分水位級(jí)，計(jì)算結(jié)果為：

高水：P=90%，Z=96.56 m；

表2　馬道水文站水位流量關(guān)系單一線法誤差統(tǒng)計(jì)表

表3　馬道水文站當(dāng)年水位流量關(guān)系與歷年綜合線t檢驗(yàn)結(jié)果

表4　2012年馬道水文站綜合線推流水量誤差統(tǒng)計(jì)表

中水：P=50%，Z=94.66 m；

低水：P=10%，Z=94.38 m.

3.3歷年綜合線分析

3.3.1歷年綜合線繪制

將選取的實(shí)測(cè)流量149次流量點(diǎn)繪在同一張圖上進(jìn)行綜合分析，歷年中、高水曲線趨勢(shì)基本一致。利用南方片2.0水文資料整匯編軟件通過點(diǎn)群中心，定出一條歷年綜合曲線（見圖2）。

3.3.2定線精度

經(jīng)過多次調(diào)整綜合線（中、高水）的節(jié)點(diǎn)，分別進(jìn)行三種檢驗(yàn)及隨機(jī)不確定度計(jì)算，三種檢驗(yàn)都達(dá)到合格，檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

3.3.3實(shí)測(cè)關(guān)系點(diǎn)與歷年水位流量關(guān)系綜合曲線誤差

采用2006年～2012年的連續(xù)系列資料，根據(jù)這幾年的流量實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)當(dāng)年和歷年綜合關(guān)系曲線分析結(jié)果來看，高中水相對(duì)誤差均滿足《規(guī)范》的規(guī)定，計(jì)算各年水位流量實(shí)測(cè)點(diǎn)與歷年綜合曲線的相對(duì)誤差誤差統(tǒng)計(jì)見表2。

水位流量關(guān)系曲線綜合線中、高水系統(tǒng)誤差分別為：-0.1%和-0.3%，系統(tǒng)誤差的絕對(duì)值滿足一類精度水文站不大于1%的單一線法系統(tǒng)誤差指標(biāo)；中水隨機(jī)不確定度為X=8.8%小于規(guī)范規(guī)定的X＜12.0%，高水隨機(jī)不確定度為X=9.6%，小于規(guī)范規(guī)定的X＜10.0%，符合規(guī)范規(guī)定的要求。馬道水文站水位流量關(guān)系綜合曲線中高水均滿足單一線法定線允許誤差指標(biāo)和隨機(jī)不確定度。

3.3.4學(xué)生氏t檢驗(yàn)

對(duì)水位高于94.66m的各年實(shí)測(cè)點(diǎn)對(duì)當(dāng)年水位流量關(guān)系與歷年綜合線進(jìn)行t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明，各年與綜合曲線的兩組樣本通過假設(shè)檢驗(yàn)，屬于同一總體系列，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

3.3.4歷年綜合線推流檢驗(yàn)

將綜合線的水位流量關(guān)系節(jié)點(diǎn)推算2012年（2012年水位變幅較大，有代表性）年徑流量、汛期洪水總量及一次洪水總量，其中94.66以下用該年所定的臨時(shí)曲線推流。將推流結(jié)果與原整編結(jié)果進(jìn)行比較，其誤差范圍見表4，從誤差統(tǒng)計(jì)情況來看各項(xiàng)相對(duì)誤差指標(biāo)均在《水文巡測(cè)規(guī)范》SL 195-97第4.5.3對(duì)時(shí)段徑流總量允許相對(duì)誤差的允許規(guī)定范圍內(nèi)［2］。

依據(jù)以上規(guī)定結(jié)合馬道站洪水特性，馬道站斷面控制良好洪水暴漲暴落且歷時(shí)較短；近年來水位流量關(guān)系曲線中高水部分水位流量關(guān)系穩(wěn)定，均為單一線，且多年線型基本吻合，趨勢(shì)走向基本一致，能定單一的綜合曲線；水位流量關(guān)系綜合曲線其定線精度、實(shí)測(cè)關(guān)系點(diǎn)與歷年水位流量關(guān)系綜合曲線誤差、學(xué)生氏t檢驗(yàn)誤差、歷年綜合線推流檢驗(yàn)均滿足該站單一線法定線允許誤差指標(biāo)；所定水位流量關(guān)系綜合曲線中高水符合規(guī)范規(guī)定定為單一線的要求，以此可以在一定范圍內(nèi)簡化該站流量測(cè)驗(yàn)方式，在中水水位級(jí)以上按水位級(jí)分布測(cè)點(diǎn)能滿足水位流量關(guān)系定線推流要求。

4　結(jié)論

馬道站斷面控制良好，其水位流量關(guān)系各個(gè)水位級(jí)還不能滿足單值化的要求，只是在一定的水位級(jí)滿足。因此建議馬道水文站在今后的流量測(cè)驗(yàn)工作中，中水水位級(jí)以上采用按水位級(jí)分布開展流量測(cè)驗(yàn)工作，流量測(cè)次合理控制各級(jí)水位，而沒有必要按照洪峰過程來布置測(cè)次，這將大大減輕馬道站流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，為該站實(shí)行巡測(cè)提供技術(shù)條件。陜西水利

［1］《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》GB 50197-2015.

［2］《水文巡測(cè)規(guī)范》SL 195-97.

（責(zé)任編輯：唐紅云）

P333

B