寧縣水文站巡測方案可行性分析

田瀛莉

（甘肅省慶陽水文水資源勘測局，甘肅慶陽 745000）

1 測站基本情況

1.1 流域概況

九龍河隸屬于黃河流域涇河水系，發(fā)源于子午嶺西麓的龍池村，在寧縣縣城匯入馬蓮河，流域面積642 km2，河長56 km，河道平均坡降7.25‰，寧縣境內(nèi)流域面積334.4 km2。在川口以上分為左家川和嘉峪川2條支流，九龍河水系如圖1所示。

圖1 九龍河水系圖

寧縣水文站設(shè)立于1983年1月，位于東經(jīng)107°56′43.6″、北緯35°28′46.9″，地處甘肅省寧縣新寧鎮(zhèn)九龍村，集水面積632 km2，至河口距離3.2 km，距慶陽市（慶陽水文局）60 km，現(xiàn)有職工3人。

1.2 水文特性

據(jù)寧縣水文站37年實測資料分析，多年平均降雨量566.3 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1 076.4 mm。多年平均徑流量1 247萬m3，多年平均流量0.395 m3/s，實測最大洪峰流量456 m3/s（發(fā)生在1996年8月1日）。汛期降水大部分以暴雨形式出現(xiàn)，容易造成水土流失和山洪災(zāi)害。

1.3 水文測驗現(xiàn)狀

水文測驗設(shè)施主要有水文纜道1處，雷達水位計1套，直立式水尺3組，水位以人工觀測為主，非汛期（1—4月、11—12月）水位停測。流量采用LS10、LS25-1型流速儀或浮標法進行流量測驗。設(shè)有4 m×6 m標準氣象觀測場，降水量采用融雪式雨量計和人工雨量器并行觀測，蒸發(fā)量采用20 cm口徑蒸發(fā)器人工觀測。

2 改變測驗方式的可行性分析

2.1 測站來水特性分析

統(tǒng)計1983—2019年寧縣水文站逐月降雨量、徑流量資料，并點繪降水量、徑流量年內(nèi)分配和徑流量年際變化圖（見圖2-4）。

圖2 寧縣水文站降水量年內(nèi)分配圖

圖3 寧縣水文站徑流量年內(nèi)分配圖

圖4 寧縣水文站徑流量年際變化圖

降水量年內(nèi)分配極不均勻。主要集中在7、8、9月，平均降水量315.9 mm，占全年降水量的55.7%，1至4月、11月、12月平均降水量85.1 mm，僅占全年降水量15.0%。徑流量年內(nèi)分配與降水量分配基本相應(yīng)，46.6%的徑流量集中在7、8、9月。而1至4月、11月、2月占全年徑流量的32.1%。徑流年際變化大，枯水、豐水年交替出現(xiàn)，枯水期較長，多年總體變化呈下降趨勢。

2.2 斷面變化情況

寧縣水文站測驗河段長度100 m，測驗河段較順直，主河槽為窄深，左岸灘地種植樹木，右岸為陡坡，低水受斷面沖淤影響，上下游均有彎道控制，斷面控制較好。河床由砂卵石組成，測驗河段無分流串溝。根據(jù)1995—2019年歷年大斷面圖（見圖5）可以看出，斷面沖淤變化不大，相對穩(wěn)定。

圖5 寧縣水文站大斷面圖

2.3 流量測次及洪水歷時分析

統(tǒng)計本站1996—2019年的實測流量資料，流量測次非汛期占全年總測次的12%，汛期各月占全年總測次5%～27%，其中7月、8月測次占全年總測次的52%，占汛期總測次60%。

2.4 洪水特性

2.4.1 洪水頻率 建站以來最大洪峰流量456 m3/s，相應(yīng)水位996.91 m，采用寧縣站37年實測資料系列，洪峰流量均值64.8 m3/s，洪峰流量采用P-Ⅲ型配線，離差系數(shù)Cv=1.43，偏差系數(shù)Cs=2.5 Cv。洪峰流量頻率見表1。

表1 寧縣水文站洪水流量頻率

2.4.2 洪水分布 近年來，九龍河流域大力開展植樹造林，退耕還林還草，修建反坡梯田建設(shè)，發(fā)生洪水次數(shù)明顯減少，洪峰流量呈逐年遞減趨勢，2006年以后遞減趨勢尤為明顯（見圖6）。

圖6 寧縣水文站洪水年分布圖

2.5 水位—流量關(guān)系分析

寧縣水文站洪水主要發(fā)生在100 m3/s以下，設(shè)站以來100～200 m3/s的洪水過程僅有7次，且都是發(fā)生在2001年以前，高水段僅有1996年一次實測洪水過程，實測流量為456 m3/s。經(jīng)分析，寧縣水文站水位—流量關(guān)系中低水散亂，高水段僅有一次實測洪峰過程，歷年水位—流量關(guān)系呈帶狀分布，線性趨勢基本一致。按照《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）合并定線精度要求，三類精度水文站單值化允許隨機不確定度指標（高水17%、中水19%），采用1984—2019年流量資料進行合并定線，相對誤差為±15.6%～±37.5%，流量越小，誤差越大，超出合并定線精度要求，故不能合并定線，做單值化處理。

2.6 流量測驗次數(shù)精簡分析

依據(jù)《甘肅省慶陽水文水資源勘測局巡測方案（1995年）》寧縣站非汛期（1—4月、11—12月）實行定日（每月15日）測流，月平均流量采用固定測流日的日平均流量值推求，因此只對汛期流量測次做精簡分析。

選用2016—2020年汛期（5—10月）實測流量資料進行測驗次數(shù)精簡分析，年最大流量在1.90～19.6 m3/s。在精簡流量測次后，重新定線推流試算徑流量，對能合并的關(guān)系線進行了并線。流量測點精簡原則是：在正常來水（平水期）時，選取每月15日附近一個流量測次，期間有洪水發(fā)生時，一般選取2～5個左右測次，測次較均勻的分布于洪水漲、峰、落的過程中，當發(fā)生變線時，適當加密流量測次。總之，要求流量測次的布置數(shù)量能滿足定線推流條件，每條水位流量關(guān)系曲線的點據(jù)不少于5個，高水延長不超過30%，低水部分不超過15%。計算所得月平均流量與精簡前（駐測期間）月平均流量進行比較分析，推求年徑流量。

用下列公式對巡測（精簡后）和精簡前（駐測）推算的流量進行誤差計算：

式中，σ為相對誤差（%）；Qi為巡測流量（m3/s）；Qo為駐測流量（m3/s）。

流量測次精簡后的關(guān)系線精度及計算的徑流流量誤差見表2。流量測次精簡后汛期測次平均為22次，比原來減少40%。精簡后水位流量關(guān)系線（臨時曲線或單一線）精度符合《水文資料整編規(guī)范》（LS247-2012)第3.3.2條系統(tǒng)誤差不超±2%，隨機不確定度不超11%（巡測站可增大2%～4%）的指標。推求的流量均符合《水文巡測規(guī)范》LS195-2015)第4.2.4中三類站年徑流量允許相對誤差不超過5.0%的規(guī)定（見表2）。

表2 寧縣水文站汛期（5-10月）流量測次精簡分析

3 巡測方案

根據(jù)寧縣水文站工作任務(wù)、水文特性、交通、通訊狀況及現(xiàn)有測驗設(shè)施設(shè)備情況，通過以上初步分析，已滿足《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第4.2.4中的3項：“c）水位流量關(guān)系不呈單一線的測站，全年采用巡測資料推算流量，年徑流量的誤差三類精度站不超5%；d）枯水期采用定期測流者；e）水位流量關(guān)系不呈單一線的測站，當距離巡測基地較近，具備交通、通信條件，能按水情變化及時施測流量者”規(guī)定條件，流量可實行巡測。

由于目前寧縣站現(xiàn)有設(shè)施設(shè)備現(xiàn)代化水平較低，為保證完成工作任務(wù)，建議寧縣站采用“委托+巡測”方式進行測驗。

3.1 測驗方式

3.1.1 降水量、蒸發(fā)量觀測 降水量采用融雪式雨量計以遙測數(shù)據(jù)為主，人工為輔。蒸發(fā)量委托員人工觀測。

3.1.2 汛期觀測 水位非汛期（1—4月、11—12月）停測，汛期（5—10月）由委托員每日2時、8時、14時、20時4次人工觀測，根據(jù)水情變化隨時加測以控制水位漲落變化過程。

3.1.3 流量測驗 流量測驗由慶陽水文局巡測隊負責(zé)進行巡測，巡測隊密切關(guān)注水雨情變化，掌握流域氣象預(yù)測預(yù)報信息，隨時通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測本站水文信息，做好巡測和駐守協(xié)助測驗的準備，確保水文數(shù)據(jù)測得到、測得準、報得出。

非汛期（1—4月、11—12月）每月在15日巡測流量1次。汛期（5—10月）每月巡測2～3次，按水位變化均勻布置測次，有洪水時加測，必須控制起漲、峰頂、峰谷及轉(zhuǎn)折點，施測完整過程，每次較大洪峰過程不少于5次，汛期測次不得少于15次。

3.1.4 水情報訊報送 水情報訊由慶陽局水情科按照水情報訊任務(wù)書按時報送。

3.1.5 資料整編 資料整編執(zhí)行《水文資料整編規(guī)范》（LS247-2012）規(guī)范要求，采用南方片“水文資料整編系統(tǒng)HDP5.0”在線整編，日清月結(jié)。非汛期（1—4、11—12）采用定日平均流量值推求；汛期（5—10）月采用臨時曲線法推流，應(yīng)符合三類精度水文站定線標準，水位—流量關(guān)系曲線系統(tǒng)誤差不超過±2%，隨機不確定度不超過15%。

3.2 巡測路線

寧縣水文站距寧縣縣城3.5 km，距慶陽水文局（慶陽市）60 km，省道202、303及青蘭高速聯(lián)通，交通便利。路線一：從慶陽市出發(fā)，駕車沿G244經(jīng)肖金、長官村、沿G327至寧縣縣城到寧縣水文站，全程61 km用時約1.3 h。路線二：從慶陽市出發(fā)，駕車沿青蘭高速到寧縣路口，沿G327至寧縣縣城到寧縣水文站，全程64 km用時約1.2 h。路線三：發(fā)生特殊情況也可乘坐慶陽至寧縣高鐵大約40 min內(nèi)即可到達。

4 結(jié)論

通過對寧縣水文站交通狀況、測驗設(shè)施設(shè)備、河道水文特征等情況及多年水文資料的初步分析，其成果滿足《水文巡測規(guī)范》（SL195-97）中基本水文站巡測指標的要求。可依托現(xiàn)有測驗設(shè)施，充分利用水文自動化監(jiān)測設(shè)備，采用“委托+巡測”運行模式進行測驗，有序推進“有人看管、無人值守”的現(xiàn)代測站管理模式，更好地為河長制及生態(tài)文明建設(shè)提供技術(shù)服務(wù)。