淺談Q-A 法在石板坪站的應(yīng)用

蒲冬祥，黃艷華，聶池祥，王 毅

（湖北省恩施州水文水資源勘測局，湖北 恩施 445000）

1 基本情況

1.1 測站概況

石板坪水文站地處長江三峽北岸一級支流沿渡河(神龍溪)上游，位于巴東縣沿渡河鎮(zhèn)石板坪村，測站控制面積466 km2，為省級重點站、三峽水利樞紐入庫站，是二類精度站。觀測項目有水位、流量、降水、比降、水質(zhì)。

該站始建于1960年3月，后因興建三峽水利樞紐工程，原站址位于淹沒區(qū)內(nèi)，于1997年1月上遷7 km至石板坪，將原“沿渡河水文站”改名為“石板坪水文站”，現(xiàn)管理萬福河水位站、堆子等22個雨量站，承擔(dān)著向國家防總、省防總、長江委、三峽水庫、州防辦等的報汛任務(wù)。為當(dāng)?shù)卣姥纯购?、水資源開發(fā)利用及三峽水庫調(diào)度等社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

1.2 測驗河段情況

測驗河道順直，下游約150 m處有一彎道控制，上游有水電站，水位經(jīng)常受發(fā)電影響而產(chǎn)生突變。測驗河段左岸為漿砌?？?，主河槽由粗砂卵石組成，右岸為林地。由于流域內(nèi)山高坡陡，河流湍急，致使測驗斷面沖淤影響非常明顯，自建站以來，基本水尺斷面兼流速儀測流斷面主河床已下切1 m有余。根據(jù)石板坪水文站實測河道縱斷面對比分析，河道縱向演變較大，沖淤變化明顯，通過對石板坪水文站歷年實測橫斷面對比分析，斷面面積年際變化不大，總趨勢河床在逐年變低、沖大于淤。從每次洪水前后斷面對比分析，斷面沖淤變化在±3%以內(nèi)，河道斷面基本穩(wěn)定。

2 整編方法及資料選用

2.1 整編方法

本站洪水主要受上游暴雨影響，為典型陡漲陡落的山區(qū)性河流，水位流量關(guān)系曲線主要受水位漲落因素和斷面沖淤影響，在中高水時水位～流量呈逆時針繩套曲線，在低水時呈多條臨時曲線。

2.2 資料選用

本次分析選取的流量資料為該站近期共8年連續(xù)資料序列（2009～2017年），全部流量共278次，包括了大水、中水、小水年份，實測水位變幅5.8 m，占遷站址以來（6.48 m）的90%，實測最大流量1050 m3/s，最小流量1.51 m3/s。斷面資料共16次,資料選用滿足水文巡測規(guī)范有關(guān)要求。

該站水文測驗和資料整編均嚴(yán)格按國標(biāo)或部頒《水文測驗規(guī)范》和《水文資料整編規(guī)范》執(zhí)行，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。經(jīng)單站合理性檢查和各要素對照檢查，資料合理、真實，無遺留問題，精度可靠,且每年資料經(jīng)恩施州水文水資源勘測局審查并參加湖北省水文資料復(fù)審、匯編，“三性”檢驗合理。

3 分析計算

3.1 斷面穩(wěn)定性分析

1）本站測站控制在低水屬斷面控制，中高水屬河槽控制，斷面變化主要發(fā)生在起點距8.0 m～14.0 m、16.0 m～42.0 m之間，有沖有淤，且沖大于淤，屬于局部沖淤。因沖和於的程度不同，有時差異較大，沖淤在時程上屬經(jīng)常性沖淤，因低水受下游彎道控制，故水位流量關(guān)系為臨時曲線。

2）從歷年水位與面積關(guān)系曲線及斷面穩(wěn)定程度±3%和±6%的外包線看，低水相對變化較大，一般可達(dá)到±6%～±8%，屬于不穩(wěn)定；中水變化一般在1%～2%，屬于基本穩(wěn)定；高水變化一般在1%～2%，屬于基本穩(wěn)定。

3）2003年河床平均河底高程177.57 m，2015年汛后平均河底高程176.44 m，自2003至2015年末平均河底高程下降1.13 m，河床下切嚴(yán)重，斷面變化較大，河床不穩(wěn)定。

3.2 Q—A 計算

根據(jù)2009年至2017年的流量資料，分別計算各次流量的水力半徑R及A，見表1。

表1 歷年Q～A計算表

表1 歷年Q～A計算表

年份 施測號數(shù)水位(m)流量(m3/s)斷面面積A(m2)水力半徑R(m) A R■1 2 3 4 5 6 7 1 177.33 5.58 18.5 0.70 15.5 2 177.32 5.11 18.4 0.70 15.4 3 177.34 6.27 19.1 0.72 16.2…… …… …… …… …… …… ……2009 2017 38 177.14 7.96 20.6 0.81 18.5 39 177.01 5.06 17.1 0.68 14.1 40 176.74 1.51 8.65 0.42 1.77

以上表第3列數(shù)據(jù)作為因變量Y、第7列數(shù)據(jù)作為變量X，繪制 Z～A關(guān)系圖，如圖1所示；以第7列數(shù)據(jù)作為應(yīng)變量Y、第4列數(shù)據(jù)作為變量X，繪制Q～A關(guān)系圖，見圖2；并分別制作 Z～A關(guān)系表和A～Q關(guān)系表。

圖1 石板坪站Z～A關(guān)系圖

圖2 石板坪站Q～A關(guān)系圖

3.3 應(yīng)用

表2 石板坪站Z～A～Q查值表

表2 石板坪站Z～A～Q查值表

時間 水位(m) A R■查得流量1 2 3 4 10100.00 177.08 12.6 6.63 10100.25 177.12 13.6 7.25 10100.40 177.12 13.6 7.25 10101.25 1 76.99 10.7 5.44 10102.20 176.90 9.0 3.69…… …… …… ……

經(jīng)計算2011年至2017年徑流量，其結(jié)果統(tǒng)計見表3。

表3 石板坪站不同整編方法結(jié)果比較

以《水文巡測規(guī)范》SL195-2015要求對中高水進(jìn)行“三線”檢驗，結(jié)果見表4。通過檢驗滿足水文巡測規(guī)范單一線法定線允許隨機(jī)不確定度的有關(guān)要求（高水12.0%、中水14.0%）[2]。對于低枯水期徑流量，經(jīng)計算滿足水文巡測規(guī)范單一線法定線允許相對誤差要求，其結(jié)果見表5。

表4 石板坪站中高水水位～流量關(guān)系曲線檢驗計算表

表5 石板坪站低枯水期年徑流量相對誤差統(tǒng)計表

3.4 對擬定關(guān)系線相對誤差

擬定水位流量關(guān)系線與原水位流量關(guān)系線相對誤差按下式計算：

式中：Qi為第i水位時某關(guān)系線上的流量；Qci為與Qi相對應(yīng)的綜合關(guān)系線上的流量；δQi為線對線的流量相對誤差。

經(jīng)計算低水流量相對誤差為11.7%小于±12%；中水流量相對誤差為3.8%小于±8%，高水流量相對誤差為3.2%小于等于±5%，滿足《水文巡測規(guī)范》(SL195-2015)4.5.8表8二類精度水文站的流量間測關(guān)系曲線偏離允許誤差指標(biāo)的規(guī)定[2]，計算結(jié)果統(tǒng)計見表6。

表6 石板坪站線與線偏離允許相對誤差統(tǒng)計

4 結(jié)論

本文計算中用到的水力半徑非平均水深，經(jīng)作者試算，采用平均水深計算的關(guān)系線流量偏大。