珠碧江大溪橋水文站徑流插補延長分析

姜姍姍 張育德

在水利工程規(guī)劃設計工作中，通常需要計算長系列年月徑流量。很多情況下，設計流域沒有長系列水文資料，或存在資料缺測不全的情況，需要對水文資料進行插補延長，以保證資料系列的代表性和一致性。通常采用數(shù)理統(tǒng)計方法對徑流進行插補延長，常見方法有水位流量關系法、降水徑流關系法、相鄰站相關法、上下游相關法等。本文以海南省珠碧江流域大溪橋水文站為例，采用多種方法對徑流系列進行插補延長，為徑流插補延長工作提供了一個很好的實例。

1 流域及水文站概況

珠碧江發(fā)源于海南省白沙黎族自治縣中部的南高嶺，自南向北流至和巷后折向西北，進入儋州市境內后，于海頭鎮(zhèn)的海頭港注入北部灣。珠碧江干流長86 km，流域面積1 101 km2。珠碧江上設有大溪橋水文站，大溪橋水文站位于白沙縣邦溪鎮(zhèn)1958年6月由廣東省水文總站設立，集水面積647 km2，1964年1月1日基本水尺斷面遷移300 m，改稱大溪橋（二）站，集水面積為663 km2。1981年1月舊水尺斷面遷移546 m，改成大溪橋（三）水文站，大溪橋（二）站為測流斷面。水文站最初設立時測驗項目有水位、流量、降雨、蒸發(fā)，1992年開始不再測流，1997—1999年水文站沒有開展測驗工作，2000年后恢復水位觀測。

珠碧江附近有南渡江流域。南渡江流域福才水文站與大溪橋水文站面積接近。福才水文站位于白沙縣福才村，集水面積508 km2，1958年11月由廣東省水文總站設立，1984年1月測驗斷面下遷25 m，觀測水位流量至今。

大溪橋水文站以上有衛(wèi)星、新光、木瓜、那光、查苗、木棉、大溪橋雨量站。福才水文站上游有打麥、力樂、萌芽、莫好、南開、福才雨量站。

2 徑流系列插補延長方法

由于大溪橋水文站站址多次遷移，測驗項目也從觀測流量、水位到只觀測水位，且中間還有缺測年份，因此，該水文站的插補延長工作比較具有典型性。在實際工作中，采用了如下幾種方法插補延長大溪橋站年徑流。

（1）采用水位流量關系法插補延長年徑流量，考慮采用洪水要素摘錄的水位流量關系以及逐日平均流量與日平均水位的關系兩方面來分析。

（2）采用鄰近流域福才水文站作為參證站，建立大溪橋水文站和福才水文站的年平均流量相關關系，插補大溪橋站年徑流系列。

（3）根據(jù)大溪橋站以上多個雨量站資料統(tǒng)計面平均降水量，建立大溪橋站降水徑流相關關系，插補大溪橋站年徑流系列。

在年徑流插補延長的基礎上，還需要插補1992—2018年月徑流，實際工作中采用如下幾種方法插補大溪橋站月徑流。

（1）各年徑流月分配均使用大溪橋站1959—1991年多年平均徑流量月分配。

（2）各年徑流月分配采用該年各月降水的比例進行分配。

（3）各年徑流月分配采用福才站同年徑流的逐月比例進行分配。

（4）采用雨量站的汛期和非汛期的比例分配徑流在汛期和非汛期的比例，再采用水文站的汛期和非汛期內的月分配進行計算。

3 徑流系列插補延長合理性分析及成果

3.1 水位流量關系法插補延長年徑流

大溪橋水文站1981年水位測驗斷面遷移，流量測驗斷面未發(fā)生變化，點繪1981年前后大水年份的洪水要素摘錄的水位流量關系，水位流量關系分為兩簇，1981年之前的在下面，之后的在上面，印證了1981年水位測驗斷面向上游遷移的說法，因此，根據(jù)1981年之后的實測水位流量擬合水位流量關系。采用擬合的水位流量關系和實測逐日水位過程插補逐日流量，得到大溪橋站1992—1995、2000—2014年逐月徑流過程。點繪插補段與實測段降雨徑流關系如圖1所示。1992—1995年中，2年與實測降雨徑流關系較貼近，2年較分散。2000年之后的降雨徑流關系與實測降雨徑流關系差別較大，可能是2000年重建水文站時，實測斷面發(fā)生了變化，水位流量關系隨之改變，原水位流量關系不再適用，因此，采用水位插補流量不可行。

圖1 插補前后降雨徑流相關關系圖

點繪大溪橋站1981—1991年逐日平均流量與日平均水位的相關關系，基本為帶狀分布，而大溪橋站大部分時間的流量小于5.0 m3/s，因此，采用平均水位插補平均流量存在一定誤差，也是不可行的。

3.2 鄰近流域水文站相關法及降雨徑流關系法插補延長年徑流

與珠碧江相鄰的南渡江上有福才站與大溪橋集水面積接近，流量資料完整，使用兩站1959—1991年年徑流系列建立相關關系，相關系數(shù)為0.86。大溪橋流域內雨量站分布較廣，且資料系列較長，水文站上面雨量采用泰森多邊形法進行計算，建立大溪橋站以上面降水量與年徑流深的相關關系，相關系數(shù)為0.97。由兩相關關系可見，大溪橋站以上面降水量與徑流深相關關系較好，采用此相關關系插補大溪橋站1992—2018年年徑流深相對來說更加準確。分析插補前后大溪橋站以上面降水與徑流深相關關系，如圖2所示，可以看出插補前后相關關系較為一致，說明本次用降雨徑流關系插補年徑流系列是合理的。

圖2 大溪橋面降水量與年徑流深相關關系圖

3.3 月徑流插補延長

經(jīng)分析，方法1各年徑流月分配均使用大溪橋站1959—1991年多年平均徑流量月分配，得到的1992—2018年徑流月分配比例均一致，而插補的年徑流值豐枯變化較大，均按統(tǒng)一的月分配比例不合理。大溪橋站流域內降水的月分配差別較大，個別月份降水量為0，而大溪橋站實測資料中未出現(xiàn)斷流，故方法2徑流月分配采用該年各月降水的比例進行分配得到的成果不合理。方法3各年徑流月分配采用福才站同年徑流的逐月比例進行分配，得到的月分配與福才站同年一致，為了驗證此方法的合理性，選取大溪橋1959—1991年系列中P=25%、50%、75%年份，比較分析兩站的月分配情況，兩站同年月分配相似，故方法3成果較合理。方法4采用雨量站的汛期和非汛期的比例分配徑流在汛期和非汛期的比例，再采用水文站的汛期和非汛期內的月分配進行計算，經(jīng)統(tǒng)計P=25%福才、大溪橋水文站及大溪橋面降水的汛期占全年的比例分別為82%、84%、80%；P=50%福才、大溪橋水文站及大溪橋面降水的汛期占全年的比例分別為86%、86%、89%；P=75%年份福才、大溪橋水文站及大溪橋面降水的汛期占全年的比例分別為87%、88%、93%?？梢姡?項汛期的比例基本一致，而福才、大溪橋站更接近，采用此方法與方法3成果基本一致。因此采用方法3插補延長月徑流。

3.4 徑流插補延長成果分析

經(jīng)統(tǒng)計，水文站插補段1992—2018年各月平均徑流量與1959—1991年各月平均徑流量較接近，插補段與實測段多年平均月徑流見表1。插補段與實測段多年平均降水量分別為1 804 mm和1 716 mm，插補段的平均降水量大于實測段的平均降水量，與插補徑流量趨勢一致，說明本次插補成果較合理。

4 結 語

本次對大溪橋水文站年徑流插補中，嘗試了水位流量關系法、水文站徑流相關法、降水徑流相關法3種方法，推薦采用降水徑流關系法插補大溪橋站年徑流深。對于月徑流的插補，提出了4種典型方法，最終徑流月分配采用福才站同年徑流的逐月比例進行分配。