水文站缺測資料插補展延實例分析

裴光倩

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563002)

水文系列資料是研究流域水資源變化和水能合理開發(fā)利用規(guī)劃的主要依據(jù)，資料的連續(xù)性、一致性和代表性對水資源調(diào)查評價和合理配置工作的科學(xué)開展尤為重要。偏巖河流域有木孔水文站、石?？谒恼镜人恼镜男陆?、裁撤、搬遷和恢復(fù)等變動，導(dǎo)致水文資料監(jiān)測斷斷續(xù)續(xù)，資料序列不完整、不連續(xù)，不能真實反映流域天然來水量情況，對河流徑流計算帶來很多不便[1]。為準(zhǔn)確掌握偏巖河水資源數(shù)量及變化規(guī)律，以木孔水文站1984～2017年實測資料為基準(zhǔn)，結(jié)合石?？谒恼?957～1978年和鯉魚塘水文站1979～1983年實測資料，通過建立線性回歸模型，經(jīng)系統(tǒng)插補延展計算[2]，實現(xiàn)木孔水文站1957～2017年共61年徑流系列的插補展延，可為區(qū)域性水資源合理開發(fā)利用規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作開展提供翔實可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)，確保設(shè)計方案與工程實際具有較高匹配性和適用性[3]。

1 水文站概況及地理位置關(guān)系

1.1 水文站概況

木孔水文站于1983年設(shè)立，站址位于金沙縣木孔鄉(xiāng)的偏巖河中下游，具有1984年至今觀測資料。測驗河段內(nèi)無彎道、急灘、河床較穩(wěn)定。木孔水文站為國家水文基本站網(wǎng)，資料三性條件較好，且均經(jīng)省水文水資源局審查、整編、刊布。

石?？谒恼疚挥诮鹕晨h官田鄉(xiāng)的偏巖河下游河段。測驗河段內(nèi)無彎道、急灘、河床較穩(wěn)定。因受烏江渡水電站水庫蓄水影響，于1978年后撤銷，具有1957年至1978年的水位、流量等觀測資料。

黃魚塘水文站1956年7月由貴州省水文總站設(shè)立，1972年下遷30 km后改名為鯉魚塘水文站。鯉魚塘水文站位于播州區(qū)鐵廠鎮(zhèn)河西村湘江干流鯉魚塘大橋下游160 m處，1973-01-01日正式開始觀測，測站控制流域面積4 780 km2，2010年后受構(gòu)皮灘水電站回水的影響，流量測驗不能正常進(jìn)行，有1973～2009年的水文資料。

1.2 水文站地理位置關(guān)系

木孔水文站與石?？谒恼揪挥陂L江流域烏江水系偏巖河干流，石?？谒恼疚挥谀究姿恼鞠掠渭s47.5 km，水文站控制集水面積2 182 km2，為木孔水文站控制集水面積999 km2的2.18倍，流域面積相差不大。經(jīng)分析，兩水文站區(qū)間氣候條件和下墊面因素基本一致。

鯉魚塘水文站位于長江流域烏江水系湘江干流，控制流域面積為4 780 km2。石?？谒恼九c鯉魚塘水文站分別屬于烏江流域兩條相鄰支流的控制測站。經(jīng)分析，兩測站流域內(nèi)人口分布密度、耕地分布等基本相似，下墊面情況也基本相當(dāng)。

2 插補展延方法選擇[4]

木孔水文站具有1984～2017年共計34年的徑流資料系列(見表1)，石牛口水文站具有1957～1978年共計22年的徑流資料系列(見表2)，鯉魚塘水文站具有1957～2009年共計53年的徑流資料系列(見表3)。

根據(jù)各水文站位置關(guān)系和所具備的年徑流系列情況，對木孔水文站年徑流系列插補展延可供選擇的方法如下。

1)鯉魚塘水文站與木孔水文站具有1984～2017年同期年徑流量資料，可用于建立相關(guān)方程，以展延木孔水文站1957～1983年徑流系列。經(jīng)計算，鯉魚塘水文站與木孔水文站相關(guān)關(guān)系較差，相關(guān)系數(shù)僅為0.716。因為木孔水文站和鯉魚塘水文站在1990年以后的徑流系列資料受人類活動影響較大。

2)經(jīng)木孔水文站與周邊的烏江渡水文站(F=27 838 km2)、湘江水文站(F=554 km2)分別進(jìn)行相關(guān)性分析計算，相關(guān)關(guān)系不能滿足設(shè)計要求。

3)鯉魚塘水文站與石牛口水文站具有1957～1978年同期年徑流量資料，可用于建立相關(guān)方程，以展延石?？谒恼?979～1983年徑流系列。

4)石牛口水文站和木孔水文站是同一條河流的上下游站，控制流域面積相差不懸殊，應(yīng)具有較好的相關(guān)關(guān)系。但兩站沒有同期觀測資料，不能建立相關(guān)方程。可通過水文比擬法展延木孔水文站年徑流系列。

表1 木孔水文站(1984～2017)年平均流量 m3/s

注：1984～2017年為實測資料，多年平均流量Q=12.1 m3/s，Cv=0.32。

表2 石牛口文站(1957～1978)年平均流量 m3/s

注：1957～1978年為實測資料，多年平均流量Q=27.2 m3/s，Cv=0.29。

3 石?？谒恼緩搅飨盗胁逖a展延分析

石?？谒恼竞王庺~塘水文站有1957～1978年共22年的同期年徑流觀測值資料，可用于兩站建立線性回歸方程。將兩站對應(yīng)觀測值點繪相關(guān)點，其分布比較密集，符合線性關(guān)系，如圖1所示。

表3 鯉魚塘水文站(1957～2009)年平均流量 m3/s

注：1957～2009年均為實測資料，但1989年缺測1年；多年平均流量Q=73.2 m3/s，Cv=0.25。

圖1 石?？谒恼竞王庺~塘水文站年徑流相關(guān)關(guān)系

線性相關(guān)函數(shù)表達(dá)為[5]

y=a+bx

式中：x為自變量，此處為鯉魚塘水文站流量；y為倚變量，此處為石?？谒恼玖髁?；r為兩變量的相關(guān)性系數(shù)；a、b為待定常數(shù)。

將表2、表3中的實測數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得：a=-0.155，b=0.371。相應(yīng)石?？谒恼疽絮庺~塘水文站年平均流量的線性回歸模型為：y=0.371x-0.155，相關(guān)系數(shù)r=0.868，兩站相關(guān)關(guān)系好。

根據(jù)鯉魚塘水文站1979～1983年資料，插補石牛口水文站1979～1983年年徑流系列，其分析成果如表4所示。

表4 石?？谒恼?1979～1983)年平均流量延展成果 m3/s

年份年平均流量年份年平均流量年份年平均流量197916.8198113.9198331.7198025.5198230.2

4 木孔水文站年徑流插補展延

木孔水文站位于石牛口水文站上游，兩水文站區(qū)間氣候條件和下墊面因素基本一致。經(jīng)對兩站控制流域年降雨量進(jìn)行分析，木孔水文站為1 004.4 mm，石?？谒恼緸? 009.6 mm，兩站多年平均年降雨量基本一致。石?？谒恼玖髁抠Y料可直接通過流域面積比擬至木孔水文站，兩站控制面積比為0.458。延展后木孔水文站1957～2017年徑流成果如表5所示。

表5 木孔水文站(1957～2017)年平均流量 m3/s

說明：1984～2017年為實測資料，1957～1983年為延展資料；多年平均流量Q=12.1 m3/s，Cv=0.31。

5 結(jié) 語

木孔水文站徑流資料系列經(jīng)插補延展后得到1957～2017年共計61年(水文年60年)年徑流資料，經(jīng)計算木孔水文站1984～2017年(水文年)實測系列年平均流量為12.1 m3/s、Cv為0.32，經(jīng)延展后1957～2017年系列年平均流量為12.1 m3/s、Cv為0.31。插補延展和實測資料均值基本一致，Cv相差0.01，成果相差甚微，證明插補延展徑流資料連續(xù)完善。石?？谒恼九c鯉魚塘水文站實測資料間相關(guān)性較好，延展前后年平均流量均值相差1.84%，Cv相差0.01；木孔水文站與石?？谒恼緟^(qū)間氣候條件、下墊面因素和流域面雨量基本一致，插補延展后的年徑流系列具有較高精度，成果可靠，可用于實際工程規(guī)劃設(shè)計。