安頭水文站水位～流量關(guān)系曲線合并定線分析

王占峰，王海強

（陜西省咸陽水文水資源勘測局，陜西 咸陽 712000）

1 概況

安頭水文站是渭河左岸一級支流，控制站。漆水河發(fā)源于寶雞市麟游縣招賢鎮(zhèn)永豐村硬里溝，由溝里的山泉小溪匯聚而成。多年平均降雨583.1mm,徑流量0.622m3，輸沙量73.6萬t。2014年8月6日554m3/s，水位99.51m。本站系漆水河羊毛灣水庫入庫控制站，屬國家重要站。

收集和研究流域內(nèi)各項水文特征，掌握該流域降水徑流變化規(guī)律，探討代表區(qū)域產(chǎn)流、匯流規(guī)律，積累該流域系列樣本資料，為防汛抗旱減災(zāi)提供實時雨水情信息和預(yù)警預(yù)報服務(wù)，為流域規(guī)劃、綜合治理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、科學(xué)研究、社會經(jīng)濟發(fā)展提供水文數(shù)據(jù)，為實行最嚴(yán)格水資源管理三條紅線提供考核保障，為水資源開發(fā)利用和水生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)依據(jù)。本文通過對安頭水文站水位～流量關(guān)系進行合并定線，選取近5年水位、流量實測資料進行合并定線分析。

2 河段斷面分析

安頭水文站為渭北地區(qū)中等面積區(qū)域代表站，河段較順直，基本斷面以下350m處有一彎道，基本斷面左岸為土石山坡，有引水渠一條；右岸為土坎，坎上有一選料場。受周圍自然地理環(huán)境的影響，多年來主流擺動較小。河段共布設(shè)上、中、下三個斷面?；舅邤嗝婕媪魉賰x測流斷面及浮標(biāo)中斷面，上下浮標(biāo)斷面兼比降斷面，浮標(biāo)斷面與比降斷面重合，上下斷面間距160m。基線布設(shè)在左岸堤頂，長度80.0m。

測驗項目主要有水位、流量、泥沙、降雨量、蒸發(fā)、冰情等觀測項目，隨著中小河流監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，水位、雨量觀測采用雷達水位計、遙測雨量計觀測，信息傳輸采用GPRS、GSM傳輸設(shè)備。本站雷達水位計經(jīng)對比分析，省水文局2013年已批復(fù)雷達水位計投產(chǎn)使用。流域內(nèi)大部分雨量站采用遙測雨量計實現(xiàn)自動傳輸。

安頭站河床由砂卵石組成，下層為基巖，斷面沖淤變化較小。根據(jù)點繪的1990~2016年汛前實測大斷面圖可以看出，斷面沖淤變化可分為三個階段：1990年至2003年為第一階段，主流基本在起點距22~40m之間，平均河底高程為94.18m，平均河底高程變化最大為0.17m。2007~2011年為第二階段，主流還在起點距22~40m之間，平均河底高程為94.81m，平均河底高程變化最大為0.12m。2014~2016年為第三階段，主流還在起點距22~40m之間，平均河底高程為95.26m，平均河底高程變化最大為0.08m。從1992~2011年河床平均淤積0.73m，2011~2014年河床平均淤積0.50m，2015~2016年河床又開始沖刷。由此可以說明，安頭站從建站以來，河床有沖有淤，但幅度不大?？偟膩碚f河床沖淤變化較小，分析其沖淤變化的主要原因是，斷面上游采石場炸石時將碎石飛入河道，漲水時又將碎石、泥沙帶到基本斷面淤積，當(dāng)較大洪水發(fā)生時又將基本斷面沖刷。斷面沖淤變化詳見表1、圖1、圖2。

表1 安頭站基本斷面沖淤變化分析表

圖1 安頭站1990-2016年年平均河底高程變化圖

圖2 漆水河安頭站歷年實測大斷面圖

3水位流量關(guān)系合并定線分析

3.1 流量測驗基本情況

該站多年來流量測驗中高水采用LS(25-1)、流速（68）型流速儀實測。流速儀水面系數(shù)為0.80（經(jīng)驗系數(shù)）、流速儀半深系數(shù)0.90（經(jīng)驗系數(shù)），測速歷時100 s。簡測法測流時，采用相對0.6一點法，流速歷時縮短到30 s。大洪水、特大洪水采用中泓浮標(biāo)及均勻浮標(biāo)法測流，浮標(biāo)形式為麥桿“+”字型，中泓浮標(biāo)系數(shù)為0.63（試驗值），均勻浮標(biāo)系數(shù)為0.80（試驗值）。

3.2 近幾年水位—流量關(guān)系合并定線分析

由于水位流量關(guān)系主要受斷面面積與流速影響，從理論上來說，水文站的大斷面在某一年漲水后，直到來年漲大水前，斷面變化是很小，水位流量關(guān)系基本沒有變化，若有變化大多也是測驗誤差引起的。從安頭站歷年實測大斷面套匯圖可以看出，該站基本斷面總的來說，沖淤變化較小，高水控制又好。因此，該站歷年中低水水位流量關(guān)系曲線多呈相對穩(wěn)定的臨時曲線，高水為較穩(wěn)定的單一曲線。

本次選用2010年50~71次實測流量與2011年1~44次實測流量點繪關(guān)系圖、2011年57~73次實測流量與2012年1~42次實測流量關(guān)系圖、2012年43~62次實測流量與2013年1~30次實測流量關(guān)系圖、2013年31~56次實測流量與2014年1~30次實測流量關(guān)系圖。2010~2014年實測最大流量為2014年的554m3/s，最小流量為2011年的0.088m3/s；最高水位為99.51m，最低水位為94.76m。詳見圖3~圖6。

從圖中可以看出：本年漲大水前的水位流量關(guān)系點與上一年大水后的水位流量關(guān)系點據(jù)密集，分布呈帶狀，無明顯偏離，說明上一年的落水和本年的漲水在同一條水位～流量關(guān)系曲線上?？梢园凑蘸喜⒍ň€的方法，通過點群中心確定一條綜合的水位流量關(guān)系曲線，用于上一年大水后和本年漲大水前推流。

圖3 2010年50-71次流量與2011年1-44次實測流量點關(guān)系曲線圖

圖4 2011年57-73次流量與2012年1-42次實測流量點關(guān)系曲線圖

圖5 2012年43-62次流量與2013年1-30次實測流量點關(guān)系曲線圖

圖6 2013年31-65次流量與2014年1-30次實測流量點關(guān)系曲線圖

4 誤差分析計算

4.1 誤差計算的方法

按照《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）要求，并進行了符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗等三種檢驗。

4.1.1 關(guān)系曲線的標(biāo)準(zhǔn)差計算

依據(jù)流量關(guān)系點據(jù)對應(yīng)線的相對標(biāo)準(zhǔn)差公式，確定標(biāo)準(zhǔn)差。

置信水平95%的相對隨機不確定度公式：式中：Se為相對標(biāo)準(zhǔn)差，%；X為相對隨機不確定度，%。

4.1.2 誤差計算結(jié)果

經(jīng)三種檢驗計算，2010年與2011年合并定線的標(biāo)準(zhǔn)差為9.2%，系統(tǒng)誤差為-0.3%；2011年與2012年聯(lián)合定線的標(biāo)準(zhǔn)差為6.0%，系統(tǒng)誤差為0.3%；2012年與2013年合并定線的標(biāo)準(zhǔn)差為5.6%，系統(tǒng)誤差為-0.2%；2013年與2014年合并定線的標(biāo)準(zhǔn)差為4.6%，系統(tǒng)誤差為0.3%。

表3 單一線法定線允許隨機不確定度 單位：%

表4 漆水河安頭站2010～2014年水位～流量關(guān)系曲線檢驗計算表

4.2 誤差計算結(jié)果

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第4.5.1條之規(guī)定，水位流量關(guān)系點據(jù)密集，分布呈帶狀，無明顯偏離，系統(tǒng)誤差的絕對值一類精度水文站不大于1%，二、三類精度水文站不大于2.0%（各類精度的水文站比降～面積法定線系統(tǒng)誤差可放寬1%），且實關(guān)系點據(jù)與關(guān)系線間的定線誤差不大于表3允許誤差者，可定單一線。

安頭站屬基本水文站，本年漲大水前的水位流量關(guān)系點與上一年大水后的水位流量關(guān)系點合并定線后，三種檢驗2010年與2011年合并定線的隨即不確定度為18.4%，系統(tǒng)誤差為-0.3%；2011年與2012年合并定線的隨即不確定度為12.0%，系統(tǒng)誤差為0.3%；2012年與2013年合并定線的隨即不確定度為11.2%，系統(tǒng)誤差為-0.2%；2013年與2014年合并定線的隨即不確定度為9.2%，系統(tǒng)誤差為0.3%。該站中高水多用浮標(biāo)法測流，所以隨機不確定度可增大4%，即最大不超過19.0%（見表4）。因此，安頭站可用上年的落水點與本年漲大水前的關(guān)系點據(jù)合并定單一線。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

安頭站2010~2014年實測最大流量為2014年的554m3/s，最小流量為2011年的0.088m3/s；最高水位為99.51m，最低水位為94.76 m。實測流量的水位變幅已超過歷年水位變幅的80%，且水位流量關(guān)系合并定線后，三種檢驗2010年與2011年合并定線的隨即不確定度為18.4%，系統(tǒng)誤差為-0.3%；2011年與2012年合并定線的隨即不確定度為12.0%，系統(tǒng)誤差為0.3%；2012年與2013年合并定線的隨即不確定度為11.2%，系統(tǒng)誤差為-0.2%；2013年與2014年合并定線的隨即不確定度為9.2%，系統(tǒng)誤差為0.3%，可定單一線。

5.2 建議

（1）綜合考慮安頭站，流量測驗按水位級布點，全年不少于15次；但當(dāng)年洪峰超過100m3/s時，加測落水Q≤50m3/s流量測驗，適當(dāng)增加落水流量測驗點子。

（2）該站流量在上一年水位變幅內(nèi)按水位級布設(shè)流量測次，校核水位流量關(guān)系曲線，當(dāng)水位變幅超出上一年的范圍時，也按水位級布設(shè)流量測次，延長上一年的水位流量關(guān)系曲線。參照上一年的水位流量關(guān)系曲線，依據(jù)實測點子定線推流。

（3）當(dāng)斷面發(fā)生較大變化時，及時恢復(fù)流量測驗。力爭控制流量變化過程，待斷面趨于常態(tài)穩(wěn)定時，適當(dāng)精簡測流次數(shù)。

建議該站流量在上一年水位變幅內(nèi)按水位級布設(shè)流量測次，校核水位流量關(guān)系曲線，用上一年的水位流量關(guān)系曲線推流。當(dāng)水位變幅超出上一年的范圍時，也按水位級布設(shè)流量測次，延長上一年的水位流量關(guān)系曲線。當(dāng)斷面發(fā)生較大變化時，及時恢復(fù)流量測驗。該站實行合并定線后，一是節(jié)約了大量的人力資源，由傳統(tǒng)的水文測驗?zāi)Ｊ街薪夥懦鰜?；二是為開展水文巡測提供了技術(shù)支撐。