橫排頭水文站測站特性及水文要素特征分析

橫排頭水文站是淠史杭灌區(qū)淠河總干渠渠首樞紐工程的控制性水文站，擔(dān)負(fù)著淮河一級支流淠河及淠河總干渠防洪、灌溉及下游城市六安市和合肥市生活輸水各水文要素的監(jiān)測任務(wù)。用科學(xué)的分析方法分析研究該站的測站特性和水文特征，對橫排頭水利風(fēng)景區(qū)、橫排頭水利樞紐工程以及淠河和淮河的防洪安全、供水安全及生態(tài)安全具有極其重要的意義，其分析方法也可供同行借鑒參考。

一、概述

1.河流水系

橫排頭水文站位于安徽省六安市裕安區(qū)蘇埠鎮(zhèn)橫排頭村，東經(jīng)116°22′，北緯31°36′，集水面積4370km2。

淠河源于大別山北麓，其源流東、西淠河于兩河口匯集，至正陽關(guān)入淮，全長253km。淠河流域南與大別山為界，東與杭埠河支流豐樂河、西與史河分水嶺，流域面積6000km2，地勢南高北低，兩河口以上東、西兩源屬山區(qū)，平均比降1/1300～1/1500，流經(jīng)六安后進(jìn)入淺丘平原，河道平均比降在1/10000 以下。

橫排頭站以上流域，群山起伏，山巒疊翠，山勢險峻，河流縱橫，最高峰白馬尖海拔1774m。水流主要來自佛子嶺、響洪甸水庫，區(qū)間還有孔家河、深水河、柳林河、新天河、但家廟河、龍門沖等河流匯入。

2.水文、氣象及特征值

該站地處大別山區(qū)，屬南北氣候過渡帶，降水以鋒面雨、氣旋雨為主。多年平均降水量1230.7mm，歷年最大降水量1764.0mm，歷年最小降水量713.8mm。橫排頭（壩上）歷年最高水位56.04m，歷年最低水位48.26m，多年平均水位51.65m。橫排頭閘（閘下游）最高水位52.64m，最低水位47.61m，多年平均水位49.47m；閘下游歷年最大流量747m3/s，歷年最小流量0；多年平均流量76.0m3/s；閘下游歷年最大年徑流量29.81×108m3，歷年最小年徑流量15.36×108m3，多年平均年徑流量24.04×108m3。橫排頭（壩下）歷年最高水位51.80m，最低水位45.10m；壩下歷年最大流量6420m3/s，歷年最小流量0，多年平均流量314m3/s；壩下歷年最大年徑流量43.6×108m3，歷年最小年徑流量0.521×108m3，多年平均年徑流量11.39×108m3。

3.水利工程概況以及對水文要素的影響

淠河上游建有響洪甸、佛子嶺、磨子潭、白蓮崖四座大型水庫。1959年建成淠河灌區(qū)橫排頭渠首樞紐工程，經(jīng)淠河總干渠引淠河水入淠河灌區(qū)。

本站位于佛子嶺、響洪甸水庫下游，徑流過程受上游水庫控制，本站為橫排頭樞紐運(yùn)行調(diào)度服務(wù)，橫排頭樞紐分水由淠史杭總局調(diào)度。橫排頭閘（閘下游）站水位流量關(guān)系主要受閘門啟閉情況及上、下游水位影響，大部分時間流態(tài)為淹沒式孔流，淹沒式堰流發(fā)生較少。橫排頭（壩下）站受滾水壩影響，為自由式堰流。

二、水文特性分析

1.資料情況

本次水位流量關(guān)系特性分析，橫排頭閘（閘下游）淹沒孔流采用2000—2017年的實(shí)測流量資料。淹沒堰流出現(xiàn)頻次較少，采用資料系列為1984—2000年實(shí)測流量資料。

2.測站特性分析思路

依據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）有關(guān)要求，對照間測條件，整個思路如下：

（1）對該站每年所定的流量系數(shù)關(guān)系曲線進(jìn)行三項(xiàng)檢驗(yàn)（符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)）和誤差計(jì)算，以檢驗(yàn)原定的關(guān)系曲線是否符合定線要求。

（2）將該站十年資料點(diǎn)繪關(guān)系圖，定出綜合曲線并對綜合曲線進(jìn)行誤差計(jì)算和三項(xiàng)檢驗(yàn)，通過檢驗(yàn)和修線直至綜合線通過三項(xiàng)檢驗(yàn)，或部分水位級通過檢驗(yàn)。

圖1 橫排頭閘（閘下游）淹沒式孔流綜合曲線

圖2 橫排頭閘（閘下游）淹沒式堰流綜合曲線

圖3 橫排頭（壩下）自由式堰流綜合曲線圖

（3）把檢驗(yàn)后的各年關(guān)系線與綜合曲線進(jìn)行高、中、低水偏離曲線偏離情況分析，以確定該站間測條件。

（4）對該站年線進(jìn)行相鄰年份間的偏離情況分析，以確定間測條件。

（5）在一年的部分水位級內(nèi)，第c、d 條條件滿足，亦可實(shí)現(xiàn)間測。

（6）復(fù)雜的水位流量關(guān)系，通過單值化處理，符合第c、d 條條件滿足，亦可實(shí)現(xiàn)間測。

（7）進(jìn)行枯水統(tǒng)計(jì)分析，尋求間測條件。

3.測站特性分析

（1）橫排頭閘（閘下游站）

橫排頭閘（閘下游）站歷年水文資料均按照《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）要求整編，淹沒式孔流采用2000—2017年實(shí)測點(diǎn)據(jù)確定綜合線。淹沒堰流出現(xiàn)頻次較少，采用2001年分析成果。

橫排頭閘（閘下游）站各種流態(tài)綜合曲線均通過三項(xiàng)（符號、適線、偏離數(shù)值）檢驗(yàn)，資料代表性好，精度可靠。橫排頭閘（閘下游）淹沒式孔流綜合曲線、堰流綜合曲線分別見圖1、圖2。各流態(tài)綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 橫排頭閘（閘下游）站各流態(tài)綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）的表3.3.2-1中二類精度站水位流量關(guān)系定線精度指標(biāo)為：系統(tǒng)誤差≤±2%，隨機(jī)不確定度≤12%）。從表1可以看出，橫排頭閘（閘下游）站歷年綜合線分析檢驗(yàn)均符合規(guī)范對二類精度站所要求的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）橫排頭（壩下站）

橫排頭（壩下）流量（溢流壩、沖沙閘）因工情變化于1986年停測，因此采用2001年分析成果。橫排頭（壩下）自由式堰流綜合曲線見圖3。綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表見表2。

表2 橫排頭（壩下）站綜合線定線精度檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

三、特性分析結(jié)論

（1）橫排頭閘（閘下游）站淹沒孔流關(guān)系線成單一線，在規(guī)定精度范圍內(nèi)，根據(jù)《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第4.2.6 條規(guī)定，可實(shí)行間測，停3年測1年。

（2）橫排頭閘（閘下游）站淹沒堰流出現(xiàn)機(jī)會少，可實(shí)行間測，駐站期間加強(qiáng)測驗(yàn)。

（3）橫排頭（壩下）水位流量關(guān)系線為1986年所定，通過分析，符合《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第4.2.6 條規(guī)定，可實(shí)行間測，停3年測1年。

（4）沖沙閘自由孔流、自由堰流關(guān)系線為1986年所定，通過分析，符合《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第4.2.6 條規(guī)定，可實(shí)行間測，停3年測1年。

（5）建議：以上分析可作為橫排頭站實(shí)行巡測的技術(shù)依據(jù)，應(yīng)制定科學(xué)合理的巡測方案，早日實(shí)現(xiàn)水文巡測工作■