張村驛（二） 水文站流量巡測(cè)分析

劉 意

陜西省延安水文水資源勘測(cè)局，陜西延安 716000

1 測(cè)站基本概況

張村驛水文站設(shè)立于1952年7月，初設(shè)時(shí)為水位站，1956年9月改為水文站，1958年1月斷面上遷1.5km，改站名為張村驛 （二）站。位于陜西省延安市富縣張村驛鎮(zhèn)旗桿溝村，系黃河流域北洛河水系葫蘆河重要控制站。葫蘆河是北洛河最大一級(jí)支流，發(fā)源于甘肅省華池縣川家岔，別名華池水。流域內(nèi)除上游和下游部分地區(qū)植被較差外，其余大部分為茂密森林和梢林，水土流失較微，屬半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)。該站控制集水面積4715km2，距河口距離72km，屬國家重要水文站。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)等。

2 測(cè)站水文特性及測(cè)驗(yàn)河段情況

該站處于葫蘆河中游，控制斷面以上流域處于子午嶺林區(qū)，植被較好，產(chǎn)流較少。洪水多由暴雨形成，峰型肥胖，歷時(shí)較長(zhǎng)。歷年水位流量關(guān)系線多呈單一線，洪水含沙量較小，水、沙峰過程基本同步，峰型相似。多年平均降雨量589.3mm。自建站以來最大洪水發(fā)生在1996年8月1日，實(shí)測(cè)最高水位930.66m，相應(yīng)最大流量1210m3/s，接近二百年一遇洪水。多年平均流量3.27m3/s；多年平均徑流量1.006×108m3。

張村驛 （二） 站測(cè)驗(yàn)河段順直，系窄深河槽，斷面呈“U”型，水流平緩。基上250m處為急灘，基下300m處有川口支流自右岸匯入，基下約350m處修建跨河大橋一座。觀測(cè)房位于斷面左岸，右岸為農(nóng)田，高水右岸發(fā)生漫灘，主流基本穩(wěn)定，河床由砂礫石組成，兩岸多水草。測(cè)驗(yàn)河段布設(shè)基本水尺斷面兼流速儀測(cè)流斷面及浮標(biāo)測(cè)流中斷面，上、下浮標(biāo)斷面間距170m。

3 水位流量關(guān)系分析

3.1 資料的選用

張村驛（二） 站歷年水位流量關(guān)系線呈多條臨時(shí)單一曲線，每年定線推流的成果均經(jīng)過復(fù)審和匯編，已刊印成水文年鑒。根據(jù) 《水文巡測(cè)規(guī)范》的要求，對(duì)分析實(shí)行巡測(cè)的水文站流量資料各項(xiàng)誤差所需資料，應(yīng)符合下列規(guī)定：（1） 應(yīng)有5年以上連續(xù)的資料系列，并宜包括豐、中、低水年和不同水情資料；（2）在各水位級(jí)內(nèi)用于計(jì)算誤差樣本不宜少于30個(gè)。此次預(yù)選取近10年的資料進(jìn)行分析，但由于近年來除2013年發(fā)生過較大洪水外，其余年份出現(xiàn)的洪水較小，水位流量中高水點(diǎn)據(jù)分布較少，因此選取1995～2016年的資料進(jìn)行分析。

將1995～2016年的年徑流量按從小到大的順序進(jìn)行排序，與多年平均徑流量進(jìn)行比較，1996、2003、2014年為偏豐水年；2013年為特豐水年；1998、2010、2012年為中水年；其余年份為枯水年份。其中，1996年實(shí)測(cè)最高水位930.66m,為建站以來最高水位，2005年最低水位924.85m，接近歷年最低水位，實(shí)測(cè)水位變幅為5.81m，占?xì)v年水位變幅6.16m的94.3%。選取的資料包括了豐、中、枯水年份各年的實(shí)測(cè)流量成果、水位流量關(guān)系圖、水位流量過程線等資料，且資料系列連續(xù)、完整。

3.2 資料單值化分析

將1995～2016年所有的實(shí)測(cè)流量點(diǎn)據(jù)點(diǎn)繪在同一張圖上進(jìn)行綜合分析，當(dāng)水位在926.50m以上時(shí)水位流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)變化趨勢(shì)一致，呈一條單一曲線，水位在926.50m以下時(shí)水位流量關(guān)系點(diǎn)分布相對(duì)散亂，水位流量關(guān)系合成一條綜合線比較困難，其流量相對(duì)誤差也超出了《規(guī)范》 要求。因此，將水位在926.50m以下的低水時(shí)水位流量點(diǎn)不參加定線，只將每年水位在926.50m以上的中高水點(diǎn)據(jù)進(jìn)行綜合分析，找出中高水的水位—流量規(guī)律，并通過各年中高水點(diǎn)子中心位置，定出一條歷年綜合線。歷年中高水綜合水位流量關(guān)系如圖1所示。

圖1 歷年中高水綜合水位流量關(guān)系

在定線過程中，發(fā)現(xiàn)2013年50次流量180m3/s，52次189m3/s，60次212m3/s，61次148m3/s，偏離多年點(diǎn)群趨勢(shì)，單點(diǎn)相對(duì)誤差較大。經(jīng)分析，2013年由于洪水溢出河槽后，水漫農(nóng)田，形成了漫灘，且當(dāng)時(shí)漫灘地作物茂盛，致使過水面積減小，糙率加大，從而使水位流量關(guān)系點(diǎn)子左移，同級(jí)水位相應(yīng)流量與歷年對(duì)照略偏小，但線型走勢(shì)與歷年對(duì)照趨勢(shì)一致，因此，將這4個(gè)點(diǎn)去掉。最終參與定線的樣本總數(shù)為90個(gè)，經(jīng)過多次線型的調(diào)整，關(guān)系點(diǎn)據(jù)密集分布呈帶狀，并無明顯偏離，且80%以上的關(guān)系點(diǎn)據(jù)與關(guān)系曲線的偏離相對(duì)誤差在±8%以內(nèi)，符合《水文資料整編規(guī)范》補(bǔ)充規(guī)定中單一線的單點(diǎn)定線精度指標(biāo)“二類精度水文站75%以上的點(diǎn)子與關(guān)系曲線的偏離相對(duì)誤差限度中高水不超過±8%”的要求。

3.3 關(guān)系線系統(tǒng)誤差和隨機(jī)不確定度分析

將綜合水位流量關(guān)系曲線用南方片水文資料整編系統(tǒng)進(jìn)行曲線符號(hào)、適線、偏離數(shù)值三項(xiàng)檢驗(yàn)，張村驛 （二） 站為二類精度水文站，經(jīng)檢驗(yàn)，其隨機(jī)不確定度為13.8%，其結(jié)果符合 《水文巡測(cè)規(guī)范》規(guī)定的單一線法定線允許誤差14%的指標(biāo)要求；系統(tǒng)誤差的絕對(duì)值為0.1%，小于 《水文巡測(cè)規(guī)范》 規(guī)定的系統(tǒng)誤差2%，檢驗(yàn)通過。

3.4 時(shí)段總量的推流誤差分析

從分析年份中選取每年中高水的洪水過程，用綜合關(guān)系曲線推流，即當(dāng)水位在926.50m以上時(shí)用當(dāng)年的水位在歷年綜合關(guān)系線上查讀節(jié)點(diǎn)推流，水位在926.50m以下時(shí)，用當(dāng)年的水位流量關(guān)系線節(jié)點(diǎn)推流，推算出中高水一次洪水過程的時(shí)段徑流總量，并與當(dāng)年的整編成果進(jìn)行比較，計(jì)算其單值化前后的相對(duì)誤差，以此來檢驗(yàn)綜合曲線的合理性和適用性。

在進(jìn)行相對(duì)誤差計(jì)算時(shí)，1997、2000、2006、2008、2011、2012、2015年未出現(xiàn)926.50m以上的中高水，無法參與分析計(jì)算。從誤差統(tǒng)計(jì)情況來看，運(yùn)用單值化綜合曲線推求的一次洪水總量與原定關(guān)系線推求的一次洪水總量相對(duì)誤差指標(biāo)均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

4 資料分析結(jié)果

經(jīng)過以上分析，張村驛 （二） 站水位在926.50m以上的中、高水時(shí)呈單一趨勢(shì)，通過對(duì)綜合關(guān)系線進(jìn)行誤差檢驗(yàn)及水位在926.50m以上時(shí)采用綜合關(guān)系線推流，各項(xiàng)誤差指標(biāo)均在《規(guī)范》規(guī)定范圍內(nèi)，說明該分析方法合理可靠，滿足《水文巡測(cè)規(guī)范》實(shí)行巡測(cè)的技術(shù)要求，水位在926.50m以上時(shí)的流量測(cè)驗(yàn)可按單一線實(shí)行巡測(cè)。但此次分析中，高水樣本數(shù)偏少，缺乏大洪水部分的資料的關(guān)系線與驗(yàn)證，今后的工作中，還需繼續(xù)積累資料，進(jìn)一步通過實(shí)測(cè)流量和關(guān)系線線查流量對(duì)綜合關(guān)系線進(jìn)行驗(yàn)證修訂。

5 巡測(cè)條件分析

張村驛站地處張村驛鎮(zhèn)，交通、通信便利，國道富張路、青蘭高速穿境而過。該站距離茶坊巡測(cè)中心站37km，乘車沿青蘭高速約30min左右即可到達(dá)；且電信、移動(dòng)、聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)已全面覆蓋，通信方式有程控電話、移動(dòng)電話、網(wǎng)絡(luò)等可供選擇。

測(cè)站現(xiàn)有的測(cè)流設(shè)施主要是閉口式吊箱纜道，一般采用吊箱流速儀施測(cè)，正常情況下平水期10d左右測(cè)一次流，洪水期適當(dāng)加密測(cè)次，測(cè)流時(shí)間30～50min左右，一般需2～3人；高水時(shí)流速儀施測(cè)困難時(shí)多采用浮標(biāo)法施測(cè)。測(cè)站現(xiàn)有雷達(dá)水位計(jì)和自動(dòng)遙測(cè)雨量計(jì)，水位和雨量可應(yīng)用水情GPRS自動(dòng)報(bào)汛系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線傳輸。河道安裝有視頻監(jiān)控設(shè)施，可隨時(shí)監(jiān)測(cè)河道變化情況。

6 分析結(jié)論及建議

通過以上對(duì)張村驛（二） 站水位流量關(guān)系的初步分析，并結(jié)合該站測(cè)站情況、水流特性、交通、通信條件等綜合考慮，建議本站今后的流量測(cè)驗(yàn)可采用巡測(cè)、駐測(cè)結(jié)合的方式，合理布置流量測(cè)次。非汛期降雨少，流量較小，測(cè)流次數(shù)也少，流量基本定期在10d左右測(cè)一次流，符合巡測(cè)條件，可實(shí)行巡測(cè)。汛期由于洪水漲落較快，預(yù)見期很難預(yù)測(cè)，且道路容易受洪水阻隔，測(cè)驗(yàn)時(shí)機(jī)較難把握，采用巡測(cè)對(duì)高水資料的收集有一定影響，故采用駐測(cè)方式較為穩(wěn)妥。流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)可進(jìn)行精簡(jiǎn)，按水位級(jí)適當(dāng)布置測(cè)次，全年不少于15個(gè)測(cè)點(diǎn)，并控制低水測(cè)次的質(zhì)量，提高低水流量的測(cè)驗(yàn)精度。

7 結(jié)語

通過對(duì)張村驛（二） 站流量測(cè)驗(yàn)的巡測(cè)分析，使測(cè)站的流量測(cè)驗(yàn)得到了簡(jiǎn)化，大大減輕了職工的工作量，提高了測(cè)站工作效率，同時(shí)大力推進(jìn)了測(cè)驗(yàn)工作改革，加快了水文現(xiàn)代化步代，促進(jìn)水文工作更加與時(shí)俱進(jìn)發(fā)展。

[1] SL 247—2012, 水文資料整編規(guī)范[S].

[2] SL 195—2015, 水文巡測(cè)規(guī)范[S].