用水文比擬法推求相鄰中小河流測站年徑流量

朱小榮，黃錦鑫，王朝輝

（長江中游水文水資源勘測局，武漢430012）

1 基本慨況

1.1 問題的提出

在涉水工程的規(guī)劃設計、建設和洪水預報以及水文調查、水文查勘等領域中，往往需要收集某流域河流的徑流量等相關水文數(shù)據(jù)，特別是年徑流量和最大流量等水文特征值。然而一些中小河流由于各種原因卻沒有納入國家水文基本站網(wǎng)，缺少降水量、流量等水文資料，或即使設有水文站但由于設立時間不長，水文資料系列較短，因此，也就不可能獨立建立起洪水預報模型，做出實時的洪水預報方案。

如果中小河流或中小水庫一旦遭遇洪水，要進行準確的洪水預報就非常困難，使防汛工作變得被動，以致延誤防汛搶險的最佳時機。本文以陸水流域中小河流的毛家橋（二）站和白霓橋（二）站為例，通過水文比擬法來探求白霓橋（二）站實現(xiàn)流量間測的可能性，以求達到流量實行間測的目的。將已有的實測降雨徑流資料用水文比擬法進行徑流量探討。

1.2 測站分布

陸水流域是長江中游干流段支流的一個山溪性中小流域，它位于鄂東南主要暴雨區(qū)內(nèi)，流域面積3 950km2，年平均降雨量為1 600mm，年徑流量29×108m3。陸水水文水資源勘測隊的所有測站全部分布在此流域內(nèi)，陸水河系長江南岸陸水流域的一條一級支流，屬典型的山溪性中小型流域河流。

毛家橋（二）站和白霓橋（二）站位于陸水流域陸水河的陸水水庫上游，是陸水河支流的兩個相鄰測站，每逢暴雨即產(chǎn)生較大洪水，且峰高量大，陡漲陡落，洪峰遇見期僅為6h左右，一旦遇到汛期，防汛測報工作非常緊張。

1.3 測站概況

毛家橋（二）站和白霓橋（二）站是國家基本控制站，也是陸水水庫支流控制站，地處鄂東南山區(qū)，其流域面積分別為364km2和215km2。兩站均屬典型的山溪性小河測站，來水主要為斷面上游降水量。毛家橋（二）站為高堤河的控制站，白霓橋（二）站為大市河的控制站。高堤河與大市河匯合后約流經(jīng)3km入陸水水庫，在出口下游34km有陸水水庫水利樞紐控制。當陸水水庫水位較高時對兩站的水位流量關系有頂托影響，主要影響部分一般在水位57m以上的水位級，在不受頂托影響時水位流量為單一的水位流量關系。

1.4 測驗情況

兩站建于上世紀60年代初期，其主要任務是為陸水水利樞紐運行、調度服務和為國家收集基本的水文資料以及地方防汛抗旱提供水文信息。經(jīng)過幾十年的努力，水位經(jīng)歷了人工－－日記式模擬自記—長期模擬自記等過程，于2002年7月初開始采用由長江中游局生產(chǎn)的帶遙測功能的YMH－2型水位固存儀和長江委水文局生產(chǎn)的YAC9900型水位固存自記儀，通過使用初期的運行比測，兩種型號儀器的誤差均在規(guī)范允許范圍，因此所收集的水位是準確可靠的，所以一直使用至今。

流量的測驗方法根據(jù)測站任務書要求，一般采用水文纜道流速儀法施測，低水時期在臨時斷面或本斷面采用流速儀法涉水施測，當纜道失去控制無法采用流速儀法施測時，在斷面上下游設立的浮標上下斷面和浮標中斷面采用浮標法施測，流量的測驗方法滿足規(guī)范要求。

降水量測量采用長江委水文局生產(chǎn)的YAC9900型翻斗式雨量存儲自記儀和長江中游局生產(chǎn)的YMH－2型雨量自記儀兩種儀器，經(jīng)過測站多年的比測資料分析證明所收集的降水量資料準確可靠。

2 徑流量相關分析

2.1 適用條件

根據(jù)水文比擬法相關文獻，公式為：X＝X參證×（F／F參）n，洪峰流量和洪水總量的n值不同，洪峰流量的n值的取值范圍為0.67～0.7，洪量為1。不過水文比擬法有自己的適用條件，設計處X與參證處X參證流域面積差值一般在5%～30%之間，且兩者下墊面相似，如果降雨有區(qū)別，還需要做降雨修正。

毛家橋（二）站和白霓橋（二）站其流域面積分別為364km2和215km2，設計處與參證處流域面積差值為25.7%，在5%～30%之間，符合條件，兩站是陸水河支流的兩個相鄰測站，都是山溪性河流，植被相同，下墊面基本一致，且兩站的小流域內(nèi)均設有雨量站供必要時作為降雨修正之用，因此符合水文比擬法的相關條件。

2.2 分析目的

本文收集了毛家橋（二）站和白霓橋（二）站1996～2011年共16年的每月徑流量和年徑流量系列資料作為水文比擬法的樣本進行分析。

在分析時我們以白霓橋（二）站作為設計處，毛家橋（二）站為參證處。因為毛家橋（二）站河床比較穩(wěn)定，測驗條件較好，經(jīng)過前幾年的分析，誤差均在《水文巡測規(guī)范》允許以內(nèi)，報請長江委技術部門批準同意后，已經(jīng)在2009年實行了流量間測，即測一年檢測一年，這樣就大大減輕了測驗人員的勞動強度，減少了測站測驗成本，同時也提高了該站的成果質量。而白霓橋（二）站由于河床不穩(wěn)定及人類活動頻繁等因素影響，流量間測一直無法實現(xiàn)，因此試圖通過水文比擬法進行分析來探求該站實現(xiàn)流量間測的可能性，以求達到流量實行間測的目的。

2.3 分析方法一

將毛家橋（二）站和白霓橋（二）站1996～2011年共16年的每月徑流量和年徑流量系列資料用水文比擬法的面積比來分析計算白霓橋（二）站的徑流量，再推算誤差，即用公式X用＝（F用／F參）X參，其中X用為白霓橋（二）站徑流量，X參為毛家橋（二）站徑流量，F(xiàn)用為白霓橋（二）站流域面積，F(xiàn)參為毛家橋（二）站流域面積（以下同），相對誤差見表1。

表1的結果表明，不管是月誤差還是年誤差都比較大，遠遠超出了水文規(guī)定的允許范圍，因此不能應用，必須采用其他方法，加以改善。

2.4 分析方法二

由于分析方法一的年徑流量誤差超出了水文規(guī)定的允許范圍，因此就必須對公式X用＝（F用／F參）X參進行改進.為此我們引進一個參數(shù)n值進行修正，即公式X用＝（F用／F參）nX參，根據(jù)水文比擬法的適用條件，n值應為0.67～0.7，不妨將n值設定為0.67，再進行計算，相對誤差見表2。

從表2的誤差來看，此方法比方法一有很大的改善，尤其是年誤差，小于15%的年誤差達到62.5%，還是超出了水文規(guī)范允許范圍，也不能使用。

2.5 分析方法三

由于方法二仍然超出了水文規(guī)范允許范圍要求不能使用，因此還要對公式做進一步的改進和修正，為此引進了降水量作為參證，即公式為X用＝（F用／F參）n（P用雨／P參雨）X參，其中P用雨為白霓橋（二）站流域面降水量，P參雨為毛家橋（二）站流域面降水量，然后再計算其誤差，相對誤差見表3。

由表3可知，僅有2007年的誤差大于15%，達到17.3%，超出規(guī)范的允許范圍，其余年份的誤差均小于15%，合格率達到85.7%，滿足水文規(guī)范誤差允許的分析要求，可以使用。

表1 方法一計算出的相對誤差表 單位：%

表2 方法二計算出的相對誤差表 單位：%

表3 方法三計算出的相對誤差表 單位：%

3 誤差分析

（1）由于兩站均屬山溪性小型河流，流量相對比較小，因此，徑流量小，年徑流量也小，基數(shù)小，年徑流量相對誤差就大。

（2）地理環(huán)境的影響。雖然兩個站相隔很近，是相鄰的兩個測站，但下墊面不可能做到完全一致，這樣就造成了年際間的徑流量誤差偏大。

（3）人類活動的影響，兩站的上游均不同程度的修建了一定的山塘水庫，水量有一定的截留，加上兩站上游人口用水等情況也不一定相同，也會造成誤差偏大。

（4）水利工程影響。白霓橋（二）站2005年春季開始在其斷面下游320m處修建公路橋筑圍堰，修建過程長達2年，至2007年春季結束（從2007年3月才穩(wěn)定），對誤差也影響較大。

4 結 語

用水文比擬法對毛家橋（二）站和白霓橋（二）站的水文資料分析探討，我們認為，用水文比擬法可以對相鄰中小河流測站需要流量實行間測的測站進行分析，以求達到實現(xiàn)流量間測的目的。同時證明了在涉水工程的規(guī)劃、設計、建設和洪水預報以及水文調查、水文查勘和水文實行間測應用中是可行的。這種方法也可以在由于各種原因卻沒有納入國家水文基本站網(wǎng)，缺少降水量、流量等水文資料的其他一些中小河流測站使用，也可應用到設有水文站但設立時間不長，水文資料系列較短需要延長的測站洪水預報當中。

［1］彭艷明.水文測站年際間流量間測可行性分析［J］.長江工程職業(yè)技術學院學報，2010，（4）.