大峪水文站水位流量關(guān)系單值化分析

羅國政，石牡麗

（陜西省水文水資源勘測局，陜西 西安 721000）

1 概況

1.1 流域概況

大峪河發(fā)源于長安區(qū)南部秦嶺主脊的光頭山，于大峪口出山。流域地形南高北低，呈長羽型，無較大支流。大峪水文站屬于國家基本站。1952 年由陜西省西安市建設(shè)局設(shè)立，為大峪站，1958 年3 月28 日起基本斷面上遷1250 m，改為大峪（二），1960 年5 月6 日因修建大峪水庫，再次上遷1500 m 至五里廟村觀測，改為大峪（三），站址位于陜西省長安區(qū)引鎮(zhèn)街辦大峪村，集水面積53.9 km2，河長15.9 km，河流平均坡降1.4，距河口里程14.4 km。該站主要收集大峪河流域各項水文特征，探索渭河南岸小流域產(chǎn)匯流變化規(guī)律，為內(nèi)插不同區(qū)域水文特征提供基本水文數(shù)據(jù)，為各項建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，為下游“大峪”水庫管理運用和防汛服務(wù)。

1.2 測驗河段概況

測驗河段及斷面情況。大峪站測驗河段順直，為矩形斷面，砂礫卵石河床，左岸為陡石山，右岸為人工砌石護岸，洪水期有滾石，沖淤變化不大，系山溪性河流，水流湍急浪大?；舅邤嗝婕媪魉賰x測流斷面及浮標(biāo)測流斷面，浮標(biāo)及比降斷面間距40 m，基上50 m 設(shè)有浮標(biāo)投放器，主要測驗項目有水位、流量。低水涉水測流，較大水采用中泓浮標(biāo)測流?；舅邤嗝嫔嫌渭s50 m 處有石灘，水流急，但對測驗無影響。下游47 m 處左岸有一小溝，暴雨時有洪水匯入。大峪站主要測驗項目有水位、流量，2015 年以前水位～流量關(guān)系線為單一線，流量利用綜合關(guān)系線推流。2015 年8 月3 日大峪河發(fā)生超警戒洪水泥石流，河道水文測驗設(shè)施被毀，河床平均淤高3.50 m，該站很快恢復(fù)了流量常規(guī)測驗，按水位漲幅變化過程布點施測流量，低水用人工涉水流速儀測流，中、高水用中泓浮標(biāo)，每年施測流量大約80 余份。

1.3 水文特征

水文特征。大峪水文站1964 年～2019 年水文資料統(tǒng)計，實測最大流量90.6 m3/s（1981.8.21），次大實測流量85.1 m3/s（2002.6.9），第三大實測流量88.9 m3/s（2009.8.29），實測最小流量0.033 m3/s，多年平均流量0.917 m3/s；多年平均徑流量0.2891 億m3，年最大徑流量0.6690 億m3，年最小徑流量0.1080 億m3，多年平均降水量877.9 mm；年最大降水量1374.6 mm，年最小降水量515.2 mm。

2 分析目的和采用資料

2.1 分析目的

2015 年8 月3 日大峪河發(fā)生超警戒洪水泥石流，河道塞滿泥沙礫石，河床平均淤高3.50 m，河道水文測驗設(shè)施被毀。當(dāng)年10 月22 日～11 月15 日開始清理測驗河道，整理測驗斷面，2016 年3 月～6 月駐地政府清除整個河道淤積砂石，河道右岸人工砌護加固工程。經(jīng)過清淤后的大峪水文站測驗斷面基本恢復(fù)原貌。大峪水文站經(jīng)過這次較大山洪水泥石流洗禮，整理后測驗河道斷面水位流量關(guān)系是否發(fā)生了變化，原來率定的水位流量關(guān)系線能否繼續(xù)使用，需要對其進行重新率定分析。為減輕測站工作量，提高工作效率，優(yōu)化流量測驗方式，為水文巡測奠定基礎(chǔ)，分析該站水位～流量關(guān)系曲線很有必要。

2.2 采用資料

本次單值化分析采用資料選用了大峪站2015 年～2019 年實測水位、流量系列資料共320 余份、2014 年～2019 年實測大斷面資料共6 年7 次。最高水位809.48 m，最大流量82.7 m3/s，最低水位807.97 m，最小流量0.042 m3/s，水位變幅1.51 m，實測水位變幅占歷年水位變幅的100%。

依據(jù)中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準《水文巡測規(guī)范》（SL 195-2015）對該站水位流量關(guān)系進行綜合線分析，進一步優(yōu)化簡化流量測驗，以滿足水文巡測和資料整編要求。

3 水位流量關(guān)系單值化分析

3.1 測驗斷面變化分析

大峪河是秦嶺北麓渭河小支流，大峪水文站測驗斷面位于大峪河出山口處。測驗斷面穩(wěn)定，左岸及河床底為基巖，右岸為人工砌護。水流流態(tài)為臨界流狀態(tài)，水位流量為穩(wěn)定單一線。2015 年大峪河道測驗斷面發(fā)生泥石流，測流斷面被嚴重堵塞，河床抬高近4 m。2016 年初河道清淤，右岸人工重新砌護加固，測流斷面基本恢復(fù)原貌。將2014 年～2019 年實測大斷面圖套繪在一起，見圖1。2014 年測驗斷面與2016 年清淤整理后測驗斷面基本相近，2016 年～2017 年測驗斷面，有緩慢沖刷的變化，2018 年～2019 年測驗斷面逐漸穩(wěn)定。

圖1 大峪河2014 年～2019 年實測大斷面圖

3.2 水位流量關(guān)系曲線變化分析

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL 195-97）的要求，采用了2015 年～2019 年實測流量關(guān)系點子點繪在同一張圖上，2015 年點子散亂，2016 年～2019 年中、高水水位流量關(guān)系點子密集，分布呈帶狀，并無明顯偏離。2016 年～2019 年該站每年水位～流量關(guān)系線良好，關(guān)系曲線逐年向右偏移集中，2018 年～2019 年基本穩(wěn)定，近似重合2015 年以前綜合曲線，見圖2。

圖2 大峪水文站2015 年～2019 年水位流量關(guān)系圖

3.3 定線精度分析

考慮到2016 年資料受斷面沖淤影響較大，選用2016 年Q≥40 m3/s 的點子與2017 年～2019 年三年實測水位流量點子定一條綜合曲線，見圖3。選取2017 年～2019 年各年Q≥2.0 m3/s、Q≥5.0 m3/s、Q≥15 m3/s 等不同級別的流量點子分別對該曲線進行三項檢驗，發(fā)現(xiàn)僅Q≥不同級別的3/s 的實測點，每年均能夠通過三項檢驗。選取2017 年～2019 年三年Q≥15 m3/s 全部實測點子對該曲線進行三項檢驗，結(jié)果三項檢驗均能夠通過，隨機不確定度19.4%，系統(tǒng)誤差-0.8%，見圖4。用2017 年～2019 年Q≥15 m3/s 全部實測流量點子對2015 年以前水位～流量綜合關(guān)系線進行校驗，進行了三項檢驗，隨機不確定度略偏大。

根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL 195-97）第4.5.1 條規(guī)定的水位流量關(guān)系點據(jù)密集，分布成帶狀，并無明顯偏離，用單一線法定線三類精度水文站系統(tǒng)誤差不大于2%，隨機不確定度不大于19%的規(guī)定?？紤]到大峪水文站中、高水沒有測流設(shè)施，全年用中弘浮標(biāo)法測流，誤差可適當(dāng)放大。2017 年～2019 年Q≥15 m3/s 水位～流量關(guān)系綜合曲線，點群集中，精度符合《規(guī)范》允許誤差要求。

Q≤15 m3/s 水位～流量關(guān)系點子相對散亂，但總點子分布呈帶狀，趨勢明顯，逐年向右偏移集中。近幾年由于受到上游河槽泥石流殘余物沖刷，致使測驗斷面河床沖淤變化，影響低水關(guān)系曲線，加之低水點子流速儀測次不多，單次流量誤差較大，單一線法定線不確定度超出《規(guī)范》允許誤差要求，低水需繼續(xù)率定關(guān)系線。

圖3 大峪站2016 年～2019 年水位流量與綜合線關(guān)系圖

圖4 大峪站水位流量關(guān)系曲線檢驗計算結(jié)論

3.3 水位流量單值化綜合分析

該站重新率定的中、高水綜合曲線雖符合規(guī)范要求，但樣本數(shù)不足，因為流量大于45 m3/s 的點子偏少，且大于2 m3/s 以上流量基本使用中泓浮標(biāo)，單次測驗誤差相對較大。重新率定中、高水綜合曲線，但較2015 年之前綜合線比較，一是資料系列較短，中弘浮標(biāo)測次較多，代表性，可靠性、一致性較差。2015 年之前綜合線計算的隨機不確定度，稍偏大一些，但基本接近規(guī)范規(guī)定值，隨著資料系列的加長和斷面的恢復(fù)，隨機不確定度將會逐漸較小。

選用2014 年～2019 年實測大斷面資料，分別計算Q=1.0 m3/s，Q=5.0 m3/s，Q=15.0 m3/s，Q=95.0 m3/s 對應(yīng)水位級所包含的面積，與2014 年比較，發(fā)現(xiàn)從2015 年斷面清淤整理后面積較原來偏小，大流量級影響較小，小流量級影響較大，但逐年有漸變回歸趨勢,從數(shù)據(jù)看，恢復(fù)情況很樂觀，具體數(shù)值見表1。面積是影響流量變化的主要水力因素，當(dāng)斷面逐漸恢復(fù)原狀時，可使用原來綜合線推流。

表1 年度面積變化表

將新率定的綜合線和2015 年之前綜合線進行套繪，見圖5，發(fā)現(xiàn)新舊綜合線基本重合。

圖5 2017 年～2019 年新率定綜合線與2015 年之前綜合線關(guān)系圖

4 分析結(jié)論

大峪（三）水文站流量測驗方案，全年流量測次不少于15次。①Q(mào)≤15 m3/s，按水位級布點，每年施測不少于10 次流量，按實測流量點子定線推流，逐步率定中低水水位～流量關(guān)系曲線。②Q＞15 m3/s，每年適時施測2～3 次流量，校核綜合水位～流量關(guān)系曲線，按多年綜合關(guān)系曲線（2015 年前水位～流量單值化曲線）推流。③當(dāng)Z＞809.50 m 時，恢復(fù)高洪流量測驗，延長高水水位～流量關(guān)系曲線。