萬年飽水文站高水期水位—流量關(guān)系曲線單值化分析

梁存鋒

（長治市水文水資源勘測分局）

1 萬年飽水文站簡況

1.1 歷史沿革

萬年飽水文站位于中陽縣車鳴峪鄉(xiāng)萬年飽村，地理位置為東經(jīng)111°12′，北緯37°15′。1956年9月5日，由黃河水利委員會在陳家灣設(shè)立，原名為陳家灣水文站（F=308 km2）；后因修建陳家灣水庫，1958年7月，上遷5 km 至萬年飽村，改名為陳家灣（二）站；1965年4月1日，移交山西省水文總站管理；1966年1月14日，再次下遷1 000 m，改名為陳家灣（三）站；1973年更名為萬年飽（二）站。

1.2 水文情況

該站位于南川河上游。南川河為三川河的一級支流，發(fā)源于中陽縣車鳴峪鄉(xiāng)上頂山。三川河系黃河一級支流，是山西省西部地區(qū)流域面積較大的一條河流，主流北川河發(fā)源于方山縣東北赤堅嶺，流經(jīng)離石城西（現(xiàn)呂梁市）匯入東川河水，再經(jīng)交口鎮(zhèn)匯入南川河水，故成為三川河，于柳林縣石西鄉(xiāng)兩河口村匯入黃河。該站控制流域面積286 km2，屬小河代表站。設(shè)站目的是收集灰?guī)r土石山疏林區(qū)降雨、洪水、泥沙資料，經(jīng)過單站分析和地區(qū)綜合，提出此類地區(qū)的暴雨、洪水計算公式和有關(guān)參數(shù)，為中小型水利、水電工程的規(guī)劃、設(shè)計、區(qū)域水文預報和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供水文資料。設(shè)站至今，觀測到2 次較大洪水，洪峰流量分別為230 m3/s（1977年）和266 m3/s（2004年）。該站洪水受上游暴雨的影響，水位—流量關(guān)系呈多條臨時單一曲線。

根據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL247—2012）（以下簡稱《整編規(guī)范》），關(guān)系曲線法適用于斷面水深不大且水面較寬的單式河槽、無顯著沖淤、高水糙率和比降變化不大的站，可采用法延長關(guān)系曲線。該站測驗河段較順直，基本斷面呈U形，但其上游約100 m 處有一彎道，致使中、小水經(jīng)常出現(xiàn)分流，高水主流向右岸擺動。河床系沙礫卵石組成，兩岸為漿砌石護岸，無顯著沖淤，屬單式河槽，高水比降和糙率變化不大，水位—流量關(guān)系主要受沖淤變化影響。因此，該站高水期可采用關(guān)系曲線法進行單值化分析。關(guān)系曲線法點呈帶狀，能定單一曲線，若關(guān)系曲線誤差能達到規(guī)范要求，實際應用中可用該單值關(guān)系來推流，從而為優(yōu)化該站今后的流量測次布置，實行巡測、間測等提供依據(jù)。

3 資料系列的選取

萬年飽水文站為三類精度水文站，流量級的劃分：高水期≥7.0 m3/s，0.35 m3/s≤中水期＜7.0 m3/s，0.30 m3/s≤低水期＜0.35 m3/s，枯水期＜0.30 m3/s。本文選用2004-2016年13 a 間26 次連續(xù)、完整的高水期實測流量資料，該資料系列包括實測最大流量266 m3/s（2004年7月29日）和實測最小流量7.64 m3/s（2004年7月29日）。

表1 萬年飽水文站2004-2016年高水期Q—A計算表

表1 萬年飽水文站2004-2016年高水期Q—A計算表

號年份 水位Z/m序?qū)崪y流量Qi/（m3/s）面積A/m2平均水深dˉ/m A dˉ■單值流量Qci/（m3/s)1 2004 8.52 7.64 6.09 0.33 3.50 8.69 2 2004 8.80 19.4 12.1 0.54 8.89 17.26 3 2004 10.40 266 63.6 1.71 83.3 252 4 2005 8.57 9.73 7.36 0.38 4.54 10.4 5 2007 8.54 7.68 6.14 0.33 3.53 8.73 6 2007 8.63 12.2 7.99 0.41 5.12 11.3 7 2007 8.65 13.6 8.36 0.42 5.42 11.8 8 2010 8.90 19.2 14.5 0.47 9.94 18.9 9 2013 8.76 10.3 8.61 0.33 4.95 11.0 10 2013 8.98 22.3 14.5 0.52 10.5 19.7 11 2016 8.68 8.66 5.19 0.38 3.20 8.20 12 2016 8.75 9.42 7.67 0.36 4.60 10.5 13 2016 8.80 9.99 8.55 0.38 5.27 11.5 14 2016 8.80 12.2 8.77 0.38 5.41 11.8 15 2016 8.79 12.0 9.44 0.35 5.58 12.0 16 2016 8.82 13.3 9.48 0.35 5.61 12.1 17 2016 8.90 13.0 10.3 0.44 6.83 14.0 18 2016 9.15 23.9 17.3 0.60 13.4 24.4 19 2016 9.20 27.9 20.0 0.67 16.4 29.12 20 2016 9.25 30.9 21.3 0.70 17.8 31.5 21 2016 9.30 33.6 23.0 0.74 19.8 34.7 22 2016 9.45 43.5 26.4 0.78 23.3 40.7 23 2016 9.45 42.4 27.6 0.81 24.8 43.4 24 2016 9.75 69.8 36.8 1.08 38.2 70.2 25 2016 9.85 85.8 40.0 1.17 43.3 82.4 26 2016 9.95 112 45.4 1.33 52.4 108

則：y=0.000 3x3-0.009x2+1.664 6x+2.961 6

5 單值化關(guān)系線檢驗及誤差分析

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195—2015）（以下簡稱《巡測規(guī)范》）4.7.1“關(guān)系線定線的統(tǒng)計檢驗應符合下列規(guī)定：a）……進行符號檢驗；b）……進行適線檢驗；c）……進行偏離數(shù)值檢驗。”規(guī)定和4.2.4“符合下列條件之一者，流量可實行巡測；……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，流量定線達到本標準規(guī)定的允許誤差……”的規(guī)定，需對關(guān)系線進行三種檢驗及誤差分析?！堆矞y規(guī)范》4.5.2 規(guī)定：“水位流量關(guān)系用單值化方法處理后分布呈帶狀，系統(tǒng)誤差的絕對值三類精度的水文站不大于3%，且單值化處理的關(guān)系點據(jù)與單值化關(guān)系線間的定線誤差不大于17%（高水期）的允許誤差，可定單值化關(guān)系線”。

表2 2004-2016年萬年飽站高水期Q—A關(guān)系線檢驗及系統(tǒng)誤差統(tǒng)計表

表2 2004-2016年萬年飽站高水期Q—A關(guān)系線檢驗及系統(tǒng)誤差統(tǒng)計表

符號檢驗 合格 適線檢驗 合格 偏離數(shù)值檢驗 合格 隨機不確定度 合格正號個數(shù)K 12.5 變號次數(shù)K 11 自由度K 25 計算 16.4%統(tǒng)計量u 0.000 統(tǒng)計量u 0.400 統(tǒng)計量T 0.172 允許 17.0%a 0.25 a 0.1 a 0.1 系統(tǒng)誤差 合格u1-a/2 1.15 u1-a 1.28 T1-a/2 1.7 計算 0.27%總個數(shù)n 26 允許 3.0%

圖1 萬年飽站2004-2016年高水期Q—A關(guān)系線

圖2 萬年飽站2004-2016年高水期Z—Qci 關(guān)系線圖

6 水位—單值流量關(guān)系線

7 結(jié)論與討論

（2）本法流量變化主要決定于過水斷面，精確地實測斷面非常重要。洪水過后要及時測量行洪斷面，以便提供分析斷面變化的依據(jù)。

（3）此次單值化試驗分析成果，可以大大降低測量勞動強度，把偏遠的水文測站工解放出來，按照“駐巡結(jié)合、巡測優(yōu)先、測報自動、應急補充”的現(xiàn)代水文監(jiān)測模式，將基本水文站由單站管理向多站集中管理轉(zhuǎn)變，從多人固守水文站監(jiān)測向巡測、駐測、間測、應急監(jiān)測相結(jié)合轉(zhuǎn)變，從而可解決水文監(jiān)測任務增加、服務業(yè)務拓展和人員不足的矛盾。