沮漳河河溶站水位流量關(guān)系單值化應(yīng)用分析

【摘要】受洪水漲落和回水頂托影響的水位流量關(guān)系一般為復(fù)雜的時序型繩套曲線，測驗上要求流量測次多，整編采取人工查讀瞬時流量費時費力，現(xiàn)采用落差指數(shù)法對河溶站水位流量關(guān)系進行單值化分析，簡化該站測整工作，為巡測提供技術(shù)準備。

【關(guān)鍵詞】水位流量關(guān)系；落差指數(shù)法；單值化；巡測

1、 基本情況

沮漳河為長江一級支流，上游分東西兩支，西支為沮河，集水面積3370 km2，支流67條。東支為漳河，集水面積2968 km2，支流84條；流域呈平行狀，地勢西北高、東南低。上游為荊山山地，地勢高峻，河流穿行于叢山之間；中游為低山丘陵；下游進入江漢平原邊緣，地勢開闊坦蕩。年內(nèi)暴雨洪水主要出現(xiàn)在汛期，尤以5-7月為最多。

河溶水文站位于沮河與漳河交匯處下游，至河口距離90km，集水面積4126km2（不含上游漳河水庫集水面積2212km2），屬平原河流站，坡降平緩，Z～Q關(guān)系中、高水受洪水漲落率影響，洪水期線型通常為逆時針繩套狀；在本站水位較低而長江水位較高時，受長江回水頂托影響，這時線型無規(guī)律，采用連時序法定線；低水受河槽控制，枯水期和低水時（41.00m以下）呈臨時曲線或單一線，每年測流次數(shù)約100次，河床由泥沙組成，兩岸為堤防，斷面存在沖淤變化，對低水水位流量關(guān)系線有影響。

2、研究方法

河溶站是受洪水漲落、變動回水頂托影響的典型水文站，在基下適當距離設(shè)置輔助水尺斷面，安裝水位自動監(jiān)測儀器。用基本水尺斷面與輔助水尺斷面之間的落差為參數(shù)（下游落差既能反映洪水漲落率、又能體現(xiàn)長江回水頂托影響），采用落差指數(shù)法對水位流量關(guān)系進行處理，達到基本水尺水位與校正流量因素值關(guān)系線單一。

2.1 落差指數(shù)法的基本原理

天然河道的洪水演進可用圣維南方程組描述，對于平原河道，慣性項與附加比降相比，其量甚微可以忽略。

在穩(wěn)定天然河道，流量模數(shù)K及恒定流水面比降基本上與水深成單值關(guān)系。附加比降則取決于洪水漲落和回水頂托的綜合影響。

3、結(jié)果分析

3.1 落差代表性

基于上述原則，2015年10月，在基下6000m處設(shè)立輔助水位自記觀測設(shè)施，與基本水位計算同時落差，從全年落差過程線、流量過程線對照看，落差的漲落大小、趨勢與流量過程相應(yīng)，運用落差指數(shù)法對該站復(fù)雜水流關(guān)系進行單值化分析，前提是選擇的落差要具有代表性。從2016年8月6日水位落差過程線圖1、水位流量關(guān)系線圖2為例對落差、流量過程進行對照，此復(fù)式峰的落差、流量變化趨勢相應(yīng)，一致性較好，說明該輔助斷面計算的落差代表性好。

3.2 單值化分析

選用2016年實測流量、基本站與輔助站水位之間落差，采用公式（3）計算校正流量因素q，在2016年，實測流量相應(yīng)最高水位49.15m，當年最高水位49.17m，選擇41.00m以上流量測次計84次，進行落差指數(shù)法單值化分析，經(jīng)試錯，不同β值與水位～校正流量因素曲線標準差Se之間關(guān)系見圖3，最后優(yōu)選β值為0.5，利用基本水位與校正流量因數(shù)建立關(guān)系線如圖4。

當β值取0.50時，基本水位與校正流量因素值q成單一線，且關(guān)系線三種檢驗合格、系統(tǒng)誤差0.2%、隨機不確定度9.8%，符合《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）規(guī)定：水位流量關(guān)系定線一類精度站允許指標，系統(tǒng)誤差±2%，隨機不確定度10%（水力因素法）；另外，采用落差指數(shù)法推流，與原連時序法推流結(jié)果進行比較，年徑流誤差為-0.5%，根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》SL247-2012條文說明規(guī)定：研究新的定線推流方法，經(jīng)對以往資料的檢驗，不同方法計算的年徑流量不超過±3%者，可作為整編方法使用，據(jù)此在41.00m以上可采用落差指數(shù)法進行測整。

4、結(jié)論

經(jīng)過分析，河溶站中高水（水位>41.00m）時，采用落差指數(shù)法對復(fù)雜水流條件下的水流關(guān)系（主要是洪水漲落、回水頂托）進行單值化分析，一是所選單一輔助下斷面落差代表性好，二是單值化后基本水位與校正流量因素關(guān)系線滿足規(guī)范要求；該站可采用落差指數(shù)法在中高水進行流量測整。

河溶站單值化處理后，水位≤41.00m時，按臨時曲線法定線推流；水位>41.00m時，按落差指數(shù)法定線推流，每年測流15～30次，流量測次數(shù)減少約75%；推流關(guān)系線均可擬合成數(shù)學(xué)公式，在南方片整編程序中進行整編，實現(xiàn)推流電算化，不再手工點繪繩套線，減輕整編工作量；為水文站開展巡測提供技術(shù)支撐，為平原河流復(fù)雜水位流量關(guān)系單值化提供一種選擇。

參考文獻：

[1] 巢中根， 李正最. 水位流量關(guān)系分析中落差指數(shù)的直接解算[J].水文，2000，20（3）：18-20.