基于插補(bǔ)延長的俄日河徑流分析

馬婉麗，高力群，汪曉東

(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430070；2. 安慶市花涼亭水庫管理局，安徽 安慶 246400)

徑流是水電站徑流調(diào)節(jié)和水能計(jì)算的基礎(chǔ)。當(dāng)設(shè)計(jì)依據(jù)站實(shí)測年徑流系列不足20年，應(yīng)進(jìn)行插補(bǔ)延長，提高系列的代表性，然后再根據(jù)展延后的系列進(jìn)行頻率計(jì)算[1]。國內(nèi)許多學(xué)者對徑流插補(bǔ)延長的計(jì)算方法進(jìn)行了大量分析。付靜[2]利用鄰近流域會(huì)理水文站和會(huì)東水文站實(shí)測資料對金沙江二級支流麻龍河流域的橫山水文站徑流系列進(jìn)行了插補(bǔ)延長,并從多種插補(bǔ)方案和計(jì)算途徑入手分析徑流插補(bǔ)成果的合理性,為短系列徑流資料插補(bǔ)延長方法和水利工程設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)；高松[3]通過建立南花-下司、南花-施洞年平均流量相關(guān)關(guān)系，將南花水文站徑流系列插補(bǔ)延長；于冰[4]等采用幾種資料插補(bǔ)延長和代表性分析方法，對安幫河流域短系列降雨、徑流資料進(jìn)行了延長和代表性分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行了客觀評價(jià)；高治定等[5]在借鑒朱巴-道孚站不同豐、枯年段資料,按不同方法建立年、月徑流相關(guān)關(guān)系對插補(bǔ)成果影響研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合南水北調(diào)西線一期工程引水地區(qū)3個(gè)專用水文站與下游參證站近期3～5年同期實(shí)測的月徑流資料，建立了不同的相關(guān)方案，就各方法對插補(bǔ)成果的影響情況和差異產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。

本文以俄日河流域?yàn)槔?，在對依?jù)站殼三水文站與參證站綽斯甲水文站各自徑流系列插補(bǔ)展延的基礎(chǔ)上，分析二者相關(guān)性，對殼三水文站徑流系列進(jìn)行插補(bǔ)延長，使其具有較高的代表性，供流域工程設(shè)計(jì)采用。

1 流域概況

俄日河系大渡河西源綽斯甲河右岸的一級支流，發(fā)源于甘孜州道浮縣海子山下的云祝措，河道全長128 km，流域面積1 910 km2，河道平均坡降14.3‰，流域形狀系數(shù)0.12，為山區(qū)長型流域，各支流呈樹枝狀分布。河口多年平均流量31.0 m3/s，年徑流量9.78億m3，水力資源理論蘊(yùn)藏量220 MW。河流出河源區(qū)后，大體由南向北流，經(jīng)玉科區(qū)、銀恩鄉(xiāng)，于冷都折向東流，流至九家寨附近轉(zhuǎn)向東北流向，于紅衛(wèi)橋附近匯入綽斯甲河。

俄日河流域?qū)俅ㄎ鞲咴瓪夂騾^(qū)，具有干濕季分明、日氣溫變化較大，日照長、晴天多的特點(diǎn)。

俄日河和綽斯甲河流域內(nèi)均無控制性大中型水利水電工程，人類活動(dòng)影響較小，植被較好，河道天然狀態(tài)保持良好，故流域的來水、來沙條件歷年無大的變化，其水文資料具有一致性。

2 基本資料

俄日河干流上有殼三水文站，殼三水文站位于河口上游17 km處；綽斯甲河干流上設(shè)有綽斯甲水文站，位于河口上游28 km處。

1)殼三水文站。該站由四川省阿壩州水電局于1959年10月19日設(shè)立，1960年1月21日開始觀測水位、流量，至1961年12月停測流量僅觀測水位，1962年8月撤消。現(xiàn)有1960年2月至1961年12月的流量及1960年2月至1962年7月的水位資料。

2)綽斯甲水文站。該站于1959年7月15日設(shè)立，當(dāng)年只觀測水位和降水，1960年開始測流，1962～1966年停測流量，降級為水位站。1967年恢復(fù)測流，1968～1982年又改為水位站，1983年恢復(fù)為水文站，2000年將基本水尺斷面下遷137 m，改稱綽斯甲(二)水文站。

兩站測驗(yàn)、資料情況見表1。俄日河及鄰近流域水系、水文站網(wǎng)分布見圖1。

表1 俄日河周邊地區(qū)測站情況表

圖1 俄日河及鄰近流域水系示意圖

3 徑流插補(bǔ)延長

當(dāng)設(shè)計(jì)依據(jù)站上下游無長期測站時(shí)，可利用自然地理?xiàng)l件相似的鄰近流域的水文站作為參證變量。當(dāng)設(shè)計(jì)站實(shí)測年徑流系列過短，難以建立年徑流量相關(guān)關(guān)系時(shí)，可以利用設(shè)計(jì)站與參證站月徑流之間的關(guān)系來插補(bǔ)延長系列。

殼三水文站僅有1960年2月～1962年7月的水文資料，綽斯甲水文站與俄日河屬同一大流域，且有較長系列的水文資料，因此，可利用綽斯甲水文站系列插補(bǔ)延長殼三水文站的徑流系列。

綽斯甲水文站1962～1982年(1967年除外)共20年未測流，殼三水文站僅有1960年2月至1961年12月流量資料，1962年1月至7月水位資料。為了建立殼三與綽斯甲的相關(guān)關(guān)系，首先應(yīng)對兩站徑流資料進(jìn)行插補(bǔ)延長，使其具有同期的徑流系列。

3.1 綽斯甲站徑流

綽斯甲站1959年7月開始觀測，有1960年、1961年、1967年、1983年～2010年流量資料。1962年～1982年(除1967年)未測流的年份，有水位觀測資料。為插補(bǔ)停測期間的流量資料，對1961年、1967年、1983年觀測的水位和流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立水位～流量關(guān)系曲線；根據(jù)1962～1966年及1968～1982年逐日水位資料由上述水位～流量關(guān)系插補(bǔ)相應(yīng)流量。

1961、1967及1983年的逐日水位～流量點(diǎn)據(jù)分布如圖2所示。根據(jù)低(14.0 m以下)、中(14.0～14.8 m)、高(14.8 m以上)水位點(diǎn)據(jù)分布規(guī)律，擬合兩條綜合曲線。

未測流年份中，1962-1966年逐日流量根據(jù)逐日水位采用1961-1967年曲線插補(bǔ)，1968-1982年逐日流量根據(jù)逐日水位采用1967-1983年曲線插補(bǔ)。

3.2 殼三站徑流

3.2.1 1962年流量插補(bǔ)

對1960年2月～1961年12月實(shí)測水位、流量資料進(jìn)行分析，確定水位～流量關(guān)系曲線；根據(jù)1962年1月～7月逐日水位由該水位～流量關(guān)系插補(bǔ)相應(yīng)流量。

1960年2月～1961年12月逐日水位～流量點(diǎn)據(jù)分布如圖3所示。由圖3可知，點(diǎn)距分布較集中，兼顧兩年點(diǎn)據(jù)綜合擬定水位～流量關(guān)系曲線，見圖3。

圖3 殼三站水位～流量關(guān)系曲線

3.2.2 殼三～綽斯甲相關(guān)關(guān)系

由水位～流量關(guān)系插補(bǔ)殼三站1962年1月至7月逐日流量，得到殼三站與綽斯甲站1960年2月～1962年7月共30個(gè)月的同期月平均流量。據(jù)此建立殼三站～綽斯甲站月徑流相關(guān)關(guān)系，點(diǎn)據(jù)分布如圖4所示。

圖4 殼三～綽斯甲月平均流量相關(guān)關(guān)系

從數(shù)據(jù)的可靠性和工程安全性考慮，剔除過于離散的點(diǎn)據(jù)和插補(bǔ)得到導(dǎo)致精度不高的點(diǎn)據(jù)，建立殼三站與綽斯甲站月平均流量相關(guān)關(guān)系，相關(guān)線如圖4所示，相關(guān)系數(shù)R=0.96，相關(guān)關(guān)系較好。

4 徑流成果分析

4.1 徑流特性

根據(jù)綽斯甲站歷年徑流資料和上述相關(guān)方程插補(bǔ)延長，得到殼三站1960～2010年共51年徑流系列。俄日河流域人類活動(dòng)影響較小，全流域基本處于未開發(fā)狀態(tài)，對徑流影響較小。因此，殼三站長達(dá)51年的徑流系列樣本具有很好的一致性。

插補(bǔ)延長后殼三站年徑流過程線及差積曲線見圖5。由圖可知，該站51年徑流系列中，包括了豐水段、中水段、枯水段，豐、枯水年數(shù)大致相近，因此該站徑流系列具有較好的代表性。

此外，由四川省徑流深等值線圖可知，俄日河流域多年平均徑流深為500 mm左右，計(jì)算的殼三站多年平均年徑流深與等值線圖查算值很接近，說明本次殼三水文站徑流成果是合理的。

圖5 殼三水文站年徑流過程線及差積曲線圖

4.2 設(shè)計(jì)徑流

對插補(bǔ)延長后的殼三水文站徑流系列進(jìn)行頻率分析，采用數(shù)學(xué)期望公式計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，用矩法公式初估參數(shù)，采用P-Ⅲ型曲線適線。設(shè)計(jì)成果見表2。

5 結(jié) 語

對于水文實(shí)測資料缺乏或系列較短的地區(qū)，借用水文氣象條件和下墊面相接近流域的水文系列進(jìn)行插補(bǔ)延長，是設(shè)計(jì)依據(jù)站年、月徑流系列插補(bǔ)展延的有效途徑。該方法參證站的選擇很關(guān)鍵，要求參證流域與設(shè)計(jì)流域鄰近，氣候條件基本一致，徑流形成條件相似，同期觀測資料不能太短，要防止輾轉(zhuǎn)相關(guān)造成的關(guān)系密切假象。