鄧州水文巡測站流量精度分析

李鵬飛

摘 要：水文巡測站是中小河流建設(shè)的重要組成部分，對中小河流防汛預(yù)警發(fā)揮著重要作用。通過對流量精度分析，對水文巡測站未來的巡測方法、手段、預(yù)警分析具有指導(dǎo)意義。本文以鄧州水文巡測站為例，探討水文巡測站流量精度分析的方法。

關(guān)鍵詞：水文巡測站；流量；精度

中圖分類號：P332.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）04-0083-02

Analysis on the Flow Accuracy of Dengzhou Hydrological Station

LI Pengfei

（Henan Province Nanyang Hydrology and Water Resources Institute，Nanyang Henan 473000）

Abstract： Hydrological station is a significant part of medium and small rivers construction， it plays an important role in early warning of small and medium-sized rivers. Through the analysis to the accuracy of the flow rate， it is instructive for the future patrolling methods， means and early warning analysis of the hydrological observatory. This paper took Dengzhou hydrological station as an example to discussed the method of accuracy analysis of hydrological station.

Keywords： hydrological station；flow rate；accuracy

水文巡測站是現(xiàn)有水文站網(wǎng)規(guī)劃的補(bǔ)充，是為了加強(qiáng)水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，完善水文監(jiān)測能力，提高水文預(yù)報的精度而設(shè)立的。水文巡測站主要分布在中小河流、山洪地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)等位置，因而容易受到上下游工程建設(shè)、河道沖刷變化的影響，水文巡測站特性易變化。如何充分利用有限的人員和儀器設(shè)備高效地開展水文監(jiān)測工作，不斷提高水文測驗工作質(zhì)量，是目前面臨的現(xiàn)實而緊迫的問題。因此，通過對水文巡測站流量精度進(jìn)行分析來確定未來巡測的方法和方向就顯得尤為重要。

1 鄧州水文巡測站概況

1.1 斷面概況

鄧州水文巡測站于2013年12月建成，位于鄧州市城郊鄉(xiāng)十里鋪村，東經(jīng)112.041 2°，北緯32.640 4°，觀測項目有降水量、水位、流量等，測驗方式為遙測、巡測。該站坐落在長江流域唐白河水系白河支流湍河上，站以上控制流域面積2 843km2。測驗河段基本順直，兩岸均有灘地，斷面寬度190m，左、右堤頂均為砼路面，寬度6m。測驗斷面上游約200m處為橡膠壩，測驗斷面下游約2km處為248省道跨湍河大橋。

1.2 理論曲線定線

2014年，開始對鄧州水文站理論曲線定線開展外業(yè)勘測，主要包括：測驗河段平面圖、基本水尺斷面水尺零高、基本水尺斷面、上中下比降斷面及河道縱斷面測量。根據(jù)河道邊界條件及水流特征，確定鄧州水文站糙率值為：主槽糙率0.026，灘地糙率0.040。

理論關(guān)系曲線定線推流采用曼寧公式[V=1NAR23S12] 。式中：A為測量河段的平均斷面面積，V為河段平均流速，R為水力半徑，S為比降，N為糙率。通過對各級水位進(jìn)行計算，可得到鄧州水文巡測站理論水位流量關(guān)系曲線。

2 分析方法

鄧州水文巡測站2014年開始正常開展降水量、水位、流量測驗工作。2014—2017年，共施測水尺零點(diǎn)高程5次、大斷面5次、流量10次。實測流量28.7～715m?/s，測流分布涵蓋中低水流量。

利用已收集的實測資料，對測站進(jìn)行斷面穩(wěn)定性分析和糙率分析，掌握巡測站受沖淤變化（空間與時間）的影響程度、測站控制條件及其轉(zhuǎn)移規(guī)律；對水位流量關(guān)系進(jìn)行單值化處理和概化模型分析，并計算其定線誤差，確定巡測水位流量關(guān)系線分析處理方法，從而論證巡測時可能到達(dá)的測驗精度與巡測允許誤差的關(guān)系，指導(dǎo)未來巡測方案的制訂和實施。

2.1 斷面穩(wěn)定性分析

首先，根據(jù)本站斷面沖淤變化情況，論證沖淤變化規(guī)律及其對水位流量關(guān)系的影響程度，為水位流量關(guān)系分析提供依據(jù)，同時探索大斷面或水道斷面測量測次布設(shè)與施測時機(jī)。選用每年汛前大斷面資料，點(diǎn)繪河底高程沿橫斷面分布圖進(jìn)行對比分析。

其次，確定水位-面積綜合線及其±3%和±6%的外包線。綜合線采用同級水位下每年面積的平均值為綜合線的面積，外包線以綜合線面積A綜×（100±3）%和A綜×（100±6）%來確定。同時，計算每年（次）關(guān)系線與綜合線各級水位的面積相對偏離百分?jǐn)?shù)（A年-A綜）/A綜×100%，分析高、中、低各級水位斷面穩(wěn)定程度[最大相對偏離百分?jǐn)?shù)絕對值（即外包線）小于3%屬穩(wěn)定，3%～6%屬較穩(wěn)定，大于6%屬不穩(wěn)定]。

2.2 實測水位流量關(guān)系定線分析

將鄧州水文巡測站3年實測水位流量數(shù)據(jù)點(diǎn)繪成水位-流量關(guān)系線，由于鄧州站設(shè)站以來無較大洪水出現(xiàn)，且無歷史調(diào)查洪水資料，故本次僅針對該站建站以來實測到的10次中低水資料進(jìn)行分析。

經(jīng)過定線分析，鄧州水文巡測站水位-流量關(guān)系為單一曲線。根據(jù)規(guī)范要求，實測水位流量關(guān)系點(diǎn)大于等于10個時需要進(jìn)行關(guān)系曲線試線檢驗，檢驗結(jié)果為：符號檢驗u=-0.32，適線檢驗u=-0.67，偏離數(shù)值檢驗|t|=0.23，標(biāo)準(zhǔn)差S（%）=6.2，隨機(jī)不確定度=12.4%，系統(tǒng)誤差=0.4%，各項檢驗結(jié)果均符合規(guī)范要求[1]?！端难矞y規(guī)范》[2]第4.5.1規(guī)定，實測水位流量關(guān)系定線誤差及合理性滿足規(guī)范要求，定線精度合理?！端难矞y規(guī)范》[2]第4.2.4條規(guī)定，水位流量關(guān)系呈單一線，或水力因素與流量或流量系數(shù)的關(guān)系呈一條或一簇關(guān)系線，或者經(jīng)過單值化處理后水位流量關(guān)系線（或推流關(guān)系線）呈單一線，流量定線滿足規(guī)定允許誤差時可實行巡測。因此，鄧州水文巡測站符合進(jìn)行巡測管理，可根據(jù)水位級合理安排測流時機(jī)和測流次數(shù)。

2.3 實測曲線與理論曲線對比分析

為了驗證理論曲線和實測水位-流量曲線的相關(guān)性，將兩條曲線共同繪制到一張圖上進(jìn)行對比，如圖2所示；同時，將實測點(diǎn)據(jù)代入理論水位-流量關(guān)系曲線進(jìn)行試線檢驗。

經(jīng)過兩條曲線的點(diǎn)繪對比，直觀上可見兩條曲線具有很大的重合性和相關(guān)性，對其進(jìn)行檢驗驗證。將實測點(diǎn)水位在理論曲線查得的流量作為線差流量，把實測點(diǎn)代入理論水位-流量關(guān)系曲線進(jìn)行試線檢驗，檢驗結(jié)果為：符號檢驗u=0.63，適線檢驗u=-1.33，偏離數(shù)值檢驗|t|=0.96，標(biāo)準(zhǔn)差S（%）=11.7，隨機(jī)不確定度=23.4%，系統(tǒng)誤差=-3.2%。根據(jù)規(guī)范允許定線誤差指標(biāo)：中低水系統(tǒng)誤差不大于2%，隨機(jī)不確定度不大于15%，實測點(diǎn)代入理論水位-流量關(guān)系經(jīng)檢驗后定線超出規(guī)范要求。

3 分析結(jié)論

根據(jù)鄧州水文站水位-流量關(guān)系定線分析得知：鄧州站為三類精度站，實測點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差、隨機(jī)不確定度均滿足規(guī)范要求，定線合理，可采用單一線進(jìn)行定線推流；而理論水位流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差、隨機(jī)不確定度都不滿足規(guī)范要求，定線不合理，究其原因，應(yīng)為部分水位級糙率選取不合理。實測點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線與理論關(guān)系曲線相比，偏差較大；根據(jù)實測點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線高水趨勢為相同水位級流量偏大。

由于實測資料較少，無高水實測流量資料，中低水應(yīng)根據(jù)實測點(diǎn)據(jù)所定水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行定線推流，并對理論水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行修正。高水流量可由實測關(guān)系曲線延長線及理論曲線綜合考慮，并在以后的測驗中注意收集高水實測流量點(diǎn)據(jù)，對實測關(guān)系曲線進(jìn)行完善。若實測水位-流量關(guān)系曲線與理論水位-流量關(guān)系曲線滿足單一線允許相對誤差，可考慮并線進(jìn)行推流。

4 結(jié)語

充分發(fā)揮水文巡測站水文監(jiān)測能力，提高水文測驗質(zhì)量，對防汛抗旱減災(zāi)、水資源保護(hù)管理、水生態(tài)保護(hù)、水土保持以及水利工程的建設(shè)、管理、運(yùn)行等具有重要意義。通過對水文巡測站進(jìn)行測驗精度分析，可以科學(xué)、合理地制訂巡測方案，可以最大化利用現(xiàn)有的水文監(jiān)測手段開展作業(yè)，同時也能優(yōu)化人員調(diào)度，緩解現(xiàn)有監(jiān)測任務(wù)繁重與技術(shù)人員緊缺的矛盾，對水文巡測站未來的工作安排具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[l]中華人民共和國建設(shè)部.河流流量測驗規(guī)范：GB 50179—93[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[2]中華人民共和國水利部.水文巡測規(guī)范：SL 195—97[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.