淺析武關水文站水位（流量）級劃分

熊北鋒

（陜西省商洛水文水資源勘測局，陜西 商洛726000）

水位（流量）分級是描述水勢變化范圍的一個重要指標界限，劃分河流測驗斷面高、中、低水是確定流量測次布設、單次測驗質量精度評定、定線精度評定、水位流量單值化分析、巡測方案編制等工作的重要依據。上世紀九十年代依照《河道流量測驗規(guī)范》（GB 50179-93）有關條款，對武關水文站水位級進行了劃分，根據劃分的不同水位級水位值，用當年的水位流量關系線推求流量，十余年應用情況是：高水流量最大查到65.0 m3/s，要么查不到流量；中水流量最大查到1 5.0 m3/s，要么查不到流量；低水流量最大查到5.0 m3/s，要么查不到流量。使用該方法劃分的水位級成果，進行流量測驗、整編質量評定不合理，不符合武關站測站特性，水位分級劃分的高、中、低水水位對應的流量不能代表武關河河床斷面沖淤變化過程。

2015 年新修訂的《河道流量測驗規(guī)范》（GB 50179-2015），提出采用典型年法和頻率流量來劃分水位（流量）級。本文按照新規(guī)范要求，對武關水文站水位（流量）級采用典型年法和頻率流量進行劃分。

1 概況

武關水文站設立于1959 年1 月。屬于武關河控制站，集水面積724 km2，距河口距離35 km。屬于二類精度流量站。汛期為5 月～10 月份。實測最大流量2560 m3/s，發(fā)生于1987 年6月5 日，實測最高水位102.65 m。武關水文站大斷面變化圖見圖1。

武關河為丹江左岸較大支流，流域面積900.0 km2，比降8.1‰，河長116.0 km。年平均徑流量1.66 億m3，年平均流量4.90 m3/s，年輸沙量26.5 萬t，年平均含沙量1.71 kg/m3，年平均降水量765.6 mm，年平均蒸發(fā)量910.9 mm。武關河發(fā)源于海拔1744 m 的蟒嶺主脊南側，向東南流經庾家河（上游稱庾家河）、石門（以下稱武關河），于武關河口入丹江。武關河支流眾多，兩側支流對稱分布。流域平均寬度7.7 km，是一條比較明顯的樹枝狀水系。

圖1 武關水文大斷面變化圖

2 水位（流量）級劃分

2.1 劃分依據

2016 年實施的《河道流量測驗規(guī)范》（GB 50179-2015），其中水位（流量）級劃分充分考慮了河流特性、測站測洪能力及影響水位流量變化的各種因素，選擇適合測站特性的劃分方法。

（1）當測站水量豐富或水位基本處于天然狀態(tài)時，可采用暢流期頻率水位進行水位級劃分。對二、三類精度的水文站，水位級的劃分可采用典型年法。

典型年法是根據測站各年汛期總水量Wf，計算頻率并繪制頻率曲線，取汛期徑流量頻率P 為10%、50%、90%所對應的徑流量相近的年份為豐、平、枯水典型年；根據三個典型年的汛期逐日最高水位Z m′，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為10%、50%、90%所對應的水位為高、中、低水位。

（2）當測站水量較小或水位受工程影響嚴重時，可采用頻率流量進行流量級劃分。

根據測站各年實測最大流量Qm，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為90%所對應的流量為高水流量；根據測站各年平均流量，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為50%、10%所對應的流量為中水流量和低水流量。

2.2 武關水文站水位（流量）級劃分

（1）采用典型年法進行水位級劃分

選取1959 年～2017 年共59 年各年汛期5 月～10 月總水量，經計算：頻率P=10%，對應流量QP=90.5 m3/s；頻率P=50%，對應流量QP=37.0 m3/s；頻率P=90%，對應流量QP=14.9 m3/s，見圖2，分別代表豐、平、枯水典型年。查找汛期徑流總量相似的年份有2011 年87.9 m3/s、2014 年32.6 m3/s、2015年15.2 m3/s。

圖2 武關水文站5 月～10 月流量頻率曲線

根據這三個典型年的汛期逐日最高水位Zm′，計算頻率并繪制頻率曲線，頻率P 為10%、50%、90%對應的水位見表1。

表1 武關水文站典型年法水位級劃分結果表

（2）采用頻率流量進行流量級劃分

高水流量推求：根據武關站1959 年～2017 年實測年最大流量Qm，計算頻率并繪制頻率曲線，頻率P 為90%流量為69.8 m3/s 為高水流量。見圖3。

圖3 武關水文站年最大流量頻率曲線

中、低水流量推求：根據武關站1959 年～2017 年年平均流量Q，計算頻率并繪制頻率曲線，取頻率P 為50%、10%對應的流量分別為4.13 m3/s、1.73 m3/s，即為中水流量和低水流量。見圖4。

圖4 武關水文站年平均流量頻率曲線

用頻率流量法劃分的武關水文站流量級見表2。

表2 武關水文站頻率流量法流量級劃分成果表 單位：m3/s

3 結果討論

（1）典型年法適用水量豐富的河流，即河床部分均有水深，河道灘地裸露很少，水位受洪水沖淤主槽變化影響較小，河床常年處于天然狀態(tài)的水面。從武關站情況分析，洪水時期90 m 寬的河槽全斷面過水，平水時期水面寬20 m～40 m，枯水時期水面寬5 m～10 m。主槽不穩(wěn)定，較大洪水發(fā)生后，河床極易出現(xiàn)主槽變化（俗稱倒槽），水位流量關系線基本是一場洪水一條關系線，水位變化不能反映流量變化。另外，汛期洪水漲落急劇，洪水日數(shù)短，枯季日數(shù)長。采用典型年法確定水位級，不能反映武關站高、中、低水期水勢變化。

（2）采用頻率流量進行流量級劃分的結果見表2。表2 的劃分結果與表1 的劃分的結果相差較大。采用頻率流量法確定流量級較典型年法確定流量級更符合武關水文站水情。

（3）采用頻率流量進行流量級劃分，也符合武關河河流斷面特性。從武關站測洪能力分析，隨著纜道的改造升級，測洪能力達到30 年一遇洪水標準。筆者在武關水文站工作十幾年，涉水測流最大流量為5.0 m3/s 左右，因此采用頻率流量進行流量級劃分也較好地反映了武關水文站水勢變化情況。

4 結論

（1）經分析認為，用典型年法確定的高、中、低水期不適合武關水文站水勢情況；采用頻率流量法進行流量級劃分符合武關水文站水情。

（2）從武關水文站流量級劃分成果分析，對于河流水系情況相似的水文站，應按頻率流量進行流量級劃分。

（3）根據表2 確定武關站流量級劃分結果：流量大于或等于70 m3/s 以上為高水期；流量小于70 m3/s 但大于或等于5.0 m3/s 為中水期；流量小于5.0 m3/s 但大于或等于2.0 m3/s 為低水期；流量小于2.0 m3/s 為枯水期。

（4）合理劃分水位（流量）級，對于在流量測次布置、單次流量測驗精度評定、整編誤差評定、單值化處理以及巡測方案編制等工作中有著重要的作用。建議根據新修訂的《河流流量測驗規(guī)范》（GB 50179-2015），結合測站特性，在全省范圍內全面重新開展水位（流量）級劃分，重新確定水位（流量）級工作。