橫排頭水文站流域特性分析

李 棟，梁丹丹

（1.安徽省六安水文水資源局，安徽 六安 237000；2.淮河水利委員會(huì)水利水電工程技術(shù)研究中心，安徽 蚌埠 233001）

1 流域概況

1.1 測(cè)站簡介

橫排頭水文站地處安徽省六安市裕安區(qū)蘇埠鎮(zhèn)橫排頭村，位于東經(jīng)116°21′30″，北緯31°35′33″，集水面積4370km2，是淠河總干渠的渠首站及淠河控制站，是國家重要水文站、重要報(bào)汛站，屬二類精度站。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有降雨量、流量、水質(zhì)、墑情、水位監(jiān)測(cè)，其中水位、降水量為遙測(cè)。

1.2 自然地理

橫排頭水文站是淠河流域上游深度利用和開發(fā)水資源的重要控制工程，對(duì)多個(gè)水庫的區(qū)間來水與下泄水起到有效的調(diào)節(jié)與攔蓄作用，水文站以上流域，群山起伏，山巒疊翠，山勢(shì)險(xiǎn)峻，河流縱橫，最高峰白馬尖海拔1777m。

1.3 土壤、植被

流域內(nèi)地質(zhì)復(fù)雜，多為花崗巖、石英巖，土壤是砂壤土，畈地為褐土，山地為黃棕壤，境內(nèi)崇山峻嶺，植被良好，有人工林、經(jīng)濟(jì)林、自然竹木林、灌木叢林等。

1.4 水文氣象特征

流域位于南北氣候的過渡地帶，是濕潤季風(fēng)暖溫帶氣候區(qū)。暴雨天氣的主要成因是切變線、低空急流、低渦和臺(tái)風(fēng)；降水以鋒面雨、氣旋雨為主。多年平均降水量1392.0mm，歷年最大降水量為2073.3mm（1991 年），最小732.5mm（1978 年），汛期5—9 月降水量占年總量60%以上。

橫排頭（壩上）站歷史最高水位為56.04m（1969年），歷史最低水位為46.74m（1967 年）；橫排頭（壩下）站歷史最高水位為51.64m（2005 年），歷史最低水位關(guān)閘停測(cè)（1969 年）；（壩下）站歷史最大流量為6420m3/s（1969 年），歷史最小流量為0m3/s（1966年）；多年平均徑流量為11.80 億m3，最大徑流量為43.60 億m3（1991 年），最小徑流量為0.4291 億m3（1992 年）；橫排頭閘（閘下游）站歷史最高水位為52.64m（1985 年），歷史最低水位為河干（1961 年）；（閘下游）站歷史最大流量為747m3/s（1992 年），歷史最小流量為-17.3m3/s（1965 年），多年平均徑流量為21.30 億m3，最大徑流量為29.81 億m3（1971 年），最小徑流量為6.228 億m3（1961 年）。

1.5 測(cè)驗(yàn)河段斷面控制及工情

橫排頭水文站位于佛子嶺、響洪甸水庫下游，受上游水庫控制，分水由安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局調(diào)度。

橫排頭（壩下）測(cè)流斷面河段順直，壩下基本水尺斷面上游500m 處自左至右分別有600m 長土壩、504m 長攔河溢流壩、4 孔沖沙閘；下游500m處有公路橋；左岸為山崗，右岸為堤防，主槽河寬約500m。水位流量關(guān)系主要受上游水庫來水、區(qū)間降雨徑流及橫排頭樞紐調(diào)度等因素影響。

橫排頭閘（閘下游）站測(cè)驗(yàn)河段系人工渠道，基本水尺斷面上游500m 有5 孔進(jìn)水閘，下游200m處有公路橋，下游約12km 處有戚家橋泄水閘和公路橋，在進(jìn)水閘南約100m 處有船閘一座（已廢棄），進(jìn)水閘上游約50m 有攔沙壩。閘下水位流量關(guān)系主要受閘門上、下游水位和閘門控制的過水面積影響，常年流態(tài)為淹沒式孔流，淹沒式堰流發(fā)生較少。測(cè)驗(yàn)河段平面布置見圖1。

圖1 測(cè)驗(yàn)河段平面布置圖

2 橫排頭水文站相關(guān)因素分析

2.1 分析目的

為適應(yīng)水文監(jiān)測(cè)改革的需要，根據(jù)巡測(cè)水文有關(guān)規(guī)范的相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水文測(cè)站監(jiān)測(cè)要素進(jìn)行單值化分析，尋求該站水位或其他水力因素與流量的單值化關(guān)系，滿足規(guī)范要求的可采用停測(cè)、間測(cè)和校測(cè)等方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而更好地推求水位流量關(guān)系，提高測(cè)驗(yàn)質(zhì)量，為將來及時(shí)有效地推求流量提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 分析依據(jù)

（1）分析采用《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL195-2015）第4.5.1 條，即二類精度的水文站，通過對(duì)實(shí)測(cè)流量的論證和分析，水位變幅達(dá)到了歷年水位變幅的80%，二類精度水文站歷年關(guān)系曲線誤差低于2%，且允許隨機(jī)不確定度不超過表1（該表為《水文巡測(cè)規(guī)范》中的表2）所規(guī)定允許誤差者，可定單一線。

表1 單一線法定線允許隨機(jī)不確定度表

表2 流量間測(cè)曲線偏離誤差范圍表

（2）依據(jù)巡測(cè)水文有關(guān)規(guī)范，每年水位流量曲線和歷年關(guān)系曲線偏離的最大值應(yīng)小于表2（該表為《水文巡測(cè)規(guī)范》中的表8）中要求的誤差范圍，視情況采取停2～5 年，測(cè)1 年。

2.3 分析資料的選用情況

本次采用2000—2022 年間的橫排頭閘（閘下游）淹沒孔流實(shí)測(cè)流量資料進(jìn)行水位流量關(guān)系特性分析，纜道流速儀法測(cè)流量和瑞智ADCP 施測(cè)流量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)淹孔公式Q=M2BEΔZ1/2計(jì)算分析，淹沒堰流出現(xiàn)頻次較少，直接采用2001 年分析成果。橫排頭（壩下）流量（溢流壩、沖沙閘）因工情變化于1986 年停測(cè)，本次直接采用2001 年分析成果。

2.4 橫排頭閘(閘下游）測(cè)驗(yàn)

本站利用水工建筑物定線推流，以相關(guān)因素進(jìn)行上、中、下部劃分。橫排頭閘（閘下游）站為二類精度站，關(guān)系線劃分如表3 所示。

表3 橫排頭閘(閘下游）水位級(jí)劃分表

橫排頭閘（閘下游）站歷年水文信息數(shù)據(jù)根據(jù)水文信息數(shù)據(jù)整編標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整編，橫排頭閘（閘下游）站各種流態(tài)綜合曲線均通過偏離數(shù)值檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、符號(hào)檢驗(yàn)，具有較高的精度與信息數(shù)據(jù)代表性。各流態(tài)綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 橫排頭閘（閘下游）站各流態(tài)綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

綜上分析得出，橫排頭閘（閘下游）站歷年線分析檢驗(yàn)?zāi)軌驖M足《水文資料整編規(guī)范》（SL/T247-2020）5.3.2 中二類精度站的水位流量定線精度指標(biāo)，即系統(tǒng)誤差絕對(duì)值小于2%，不確定隨機(jī)度不超過12%（見表5）。

表5 水位流量定線精度指標(biāo)表

2.5 橫排頭（壩下）測(cè)驗(yàn)

橫排頭（壩下）流量（溢流壩、沖沙閘）因工情變化于1986 年停測(cè)，采用2001 年分析成果綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)見表6。

表6 橫排頭（壩下）站定線精度統(tǒng)計(jì)一覽表

3 結(jié)論

（1）從淹沒式孔流關(guān)系線來看，橫排頭閘（閘下游）站表現(xiàn)出單一線的特征，在規(guī)定精度范圍內(nèi)，按照巡測(cè)水文相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，可實(shí)行間測(cè)，且關(guān)系線推流節(jié)點(diǎn)滿足推流使用，在定線水位級(jí)內(nèi)，各水位級(jí)對(duì)應(yīng)流量均能滿足精度要求。

（2）橫排頭（壩下）水位流量關(guān)系線滿足巡測(cè)水文相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，可實(shí)行間測(cè)，在區(qū)域防洪內(nèi)可按要求提供防汛抗旱流量及生態(tài)流量定線要求，通過三項(xiàng)檢驗(yàn)滿足推流關(guān)系。

（3）沖沙閘自由堰流和自由孔流的關(guān)系線滿足巡測(cè)水文相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，且在非汛期對(duì)壩下兩岸居民和市區(qū)淠河流域生態(tài)流量推流上可行。通過合理制定生態(tài)調(diào)度方案，為展開流量監(jiān)測(cè)提供更便捷的條件，為早日實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐